JP2006186540A - Incoming direction estimation apparatus - Google Patents

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Tomoshige Furutoi
知重 古樋
Makoto Taroumaru
眞 太郎丸
Akihito Hirata
明史 平田
Takashi Ohira
孝 大平
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Murata Manufacturing Co Ltd
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ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an incoming direction estimation apparatus in which a miniaturization and a cost reduction are possible, reliability and durability are excellent, and no calibration by no skillful technology, etc. are required. <P>SOLUTION: In the incoming direction estimation apparatus, a joint switching means 20 controls the reactance set of varactor diodes 11-16 by control voltage sets CLV1-CLV6 so that an antenna element 7 and antenna elements 1-6 which element coupling may rotate the ambients of the antenna element 7. An array antenna 10 receives a received signal when the antenna element 7 and the antenna elements 1-6 which perform element coupling rotation ambients of the antenna element 7. A frequency shift detection means 40 detects the frequency shift spectrum of the incoming wave based on the received signal received from the antenna element 7 through a booster 30. A direction estimation means 50 presumes an angle in which the frequency shift spectrum performs a zero cross to be the incoming direction of the incoming wave. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、到来波の到来方向を推定する到来方向推定装置に関するものである。   The present invention relates to an arrival direction estimation apparatus that estimates an arrival direction of an incoming wave.

従来、ドップラー効果を用いた方向探知装置として、水平面の円周上に等間隔に複数のアンテナ素子を配置し、複数のアンテナ素子のうち、受信部に接続するアンテナ素子をアンテナ切換器を用いて切換えるものが知られている(非特許文献1)。   Conventionally, as a direction detection device using the Doppler effect, a plurality of antenna elements are arranged at equal intervals on a circumference of a horizontal plane, and among the plurality of antenna elements, an antenna element connected to a receiving unit is used by using an antenna switch. What is switched is known (Non-Patent Document 1).

このような従来技術では、アンテナ切換器は、受信部に接続するアンテナ素子を円周に沿って等位相間隔で順次切換えることによって、受信位置が円周上を等速度(等速円運動)で移動する。   In such a conventional technique, the antenna switching device sequentially switches the antenna elements connected to the receiving unit at equal phase intervals along the circumference, so that the receiving position is at a constant velocity (constant velocity circular motion) on the circumference. Moving.

一方、送信機は、一定周波数で振動するCW波を送信する。このとき、隣り合うアンテナ素子の間隔がCW波の波長に対して十分に密(例えば半波長以下)であれば、受信部に入力される到来波は、実質的にドップラー効果によってその周波数が周期的に変化し(ドップラー周波数偏移が生じ)、アンテナ素子の切換速度に応じた周波数変調波(FM波)を形成する。このFM波を復調した信号の位相は、CW波の到来方向に依存するので、FM波復調信号の位相に基づいて到来波の到来方向を推定することができる。
電子情報通信学会,「アンテナ工学ハンドブック」,オーム社,1980年10月,p.364−365
On the other hand, the transmitter transmits a CW wave that vibrates at a constant frequency. At this time, if the interval between adjacent antenna elements is sufficiently close to the wavelength of the CW wave (for example, half a wavelength or less), the frequency of the incoming wave input to the receiving unit is substantially periodic due to the Doppler effect. Change (a Doppler frequency shift occurs), and a frequency-modulated wave (FM wave) corresponding to the switching speed of the antenna element is formed. Since the phase of the signal obtained by demodulating the FM wave depends on the arrival direction of the CW wave, the arrival direction of the incoming wave can be estimated based on the phase of the FM wave demodulated signal.
The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, “Antenna Engineering Handbook”, Ohmsha, October 1980, p. 364-365

しかし、従来技術によるドップラー効果を用いた方向探知装置では、各アンテナ素子を受信部に切換接続するアンテナ切換器が必要であるのに加え、各アンテナ素子とアンテナ切換器との間を接続する伝送路がアンテナ素子の数と同じ数だけ必要であった。このため、構造が複雑で装置が大型化する傾向があり、製造コストが高く、消費電力も大きいという問題があった。   However, in the direction finder using the Doppler effect according to the prior art, an antenna switch for switching and connecting each antenna element to the receiving unit is required, and transmission for connecting each antenna element to the antenna switch. The number of paths required was the same as the number of antenna elements. For this reason, there is a problem that the structure is complicated and the apparatus tends to be large, the manufacturing cost is high, and the power consumption is large.

また、アンテナ切換器は、各アンテナ素子と受信部とを切換接続するので、機械的な接点の磨耗等によってアンテナ切換器に故障が生じ易く、信頼性、耐久性が劣る傾向があった。   In addition, since the antenna switching unit switches and connects each antenna element and the receiving unit, the antenna switching unit is liable to fail due to wear of mechanical contacts and the like, and the reliability and durability tend to be inferior.

更に、アンテナ切換えに伴うドップラー周波数偏移の時間変化が正弦波に従うようにするために、各アンテナ素子とアンテナ切換器との間の伝送路は、互いの位相を精密に合わせる必要があった。このため、伝送路をなすケーブルの長さ寸法をケーブル毎に微調整する必要があり、ケーブルの調整作業に長時間を要するとともに、熟練した技術が必要になるという問題があった。   Furthermore, in order for the time change of the Doppler frequency shift accompanying the antenna switching to follow a sine wave, the transmission paths between the antenna elements and the antenna switch have to be precisely aligned with each other. For this reason, it is necessary to finely adjust the length of the cable forming the transmission path for each cable, and there is a problem that it takes a long time to adjust the cable and requires a skilled technique.

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、小型化、低コスト化が可能であり、信頼性および耐久性に優れるとともに、熟練技術による調整等が不要な到来方向推定装置を提供することである。   Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and its purpose is to be able to reduce the size and cost, and to be excellent in reliability and durability, and adjustment by skilled techniques is unnecessary. Is to provide a simple arrival direction estimation device.

この発明によれば、到来方向推定装置は、アレーアンテナと、結合切換手段と、周波数偏移検出手段と、方向推定手段とを備える。アレーアンテナは、給電素子と、給電素子の周囲に配置されたn(nは複数)個の無給電素子とを含む。結合切換手段は、n個の無給電素子に装荷されたn個のインピーダンス素子の少なくとも1つのインピーダンスを変えて給電素子と素子結合する無給電素子を切換える。周波数偏移検出手段は、給電素子と素子結合する無給電素子が給電素子の周囲を回転するように所定の速度で順次切換えられたときにアレーアンテナが受信する到来波の受信信号を給電素子から受け、その受けた受信信号に基づいて到来波の周波数偏移スペクトルを検出する。方向推定手段は、周波数偏移検出手段により検出された周波数偏移スペクトルが、周波数偏移がゼロであることを示す基準線と交差する角度を検出し、その検出した角度を到来波の到来方向と推定する。   According to this invention, the arrival direction estimation apparatus includes an array antenna, a coupling switching unit, a frequency shift detection unit, and a direction estimation unit. The array antenna includes a feeding element and n (n is a plurality) parasitic elements arranged around the feeding element. The coupling switching unit changes the impedance of at least one of the n impedance elements loaded on the n parasitic elements to switch the parasitic elements that are coupled to the power feeding elements. The frequency deviation detecting means is configured to receive a reception signal of an incoming wave received by the array antenna from the feed element when the parasitic element coupled with the feed element is sequentially switched at a predetermined speed so as to rotate around the feed element. The frequency shift spectrum of the incoming wave is detected based on the received signal received. The direction estimating means detects an angle at which the frequency deviation spectrum detected by the frequency deviation detecting means intersects a reference line indicating that the frequency deviation is zero, and the detected angle is used as the arrival direction of the incoming wave. Estimated.

好ましくは、方向推定手段は、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移スペクトルが基準線と交差する角度を検出し、その検出した角度を到来波の到来方向と推定する。   Preferably, the direction estimating means detects an angle at which the frequency shift spectrum intersects the reference line when the frequency shift is switched from a positive value to a negative value, and the detected angle is set as the arrival direction of the incoming wave. presume.

好ましくは、方向推定手段は、周波数偏移が負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移スペクトルが基準線と交差する角度を検出し、その検出した角度を到来波の到来方向と推定する。   Preferably, the direction estimating means detects an angle at which the frequency shift spectrum intersects the reference line when the frequency shift is switched from a negative value to a positive value, and the detected angle is set as the arrival direction of the incoming wave. presume.

好ましくは、結合切換手段は、n個の無給電素子の全てが給電素子と素子結合し、かつ、給電素子と主に素子結合する無給電素子が給電素子の周囲を所定の速度で回転するように給電素子とn個の無給電素子との素子結合を切換える。   Preferably, the coupling switching unit is configured such that all of the n parasitic elements are coupled to the feeding element, and the parasitic element mainly coupled to the feeding element rotates around the feeding element at a predetermined speed. The element coupling between the feed element and the n parasitic elements is switched.

好ましくは、結合切換手段は、n個の無給電素子のうち一部の無給電素子が給電素子と素子結合し、かつ、給電素子と素子結合する無給電素子が給電素子の周囲を所定の速度で回転するように給電素子とn個の無給電素子との素子結合を切換える。   Preferably, the coupling switching unit is configured such that some of the n parasitic elements are coupled to the feeding element, and the parasitic element coupled to the feeding element has a predetermined speed around the feeding element. The element coupling between the feeding element and the n parasitic elements is switched so as to rotate at the same time.

好ましくは、到来方向推定装置は、帯域阻止フィルタを更に備える。帯域阻止フィルタは、受信信号から到来波の中心周波数成分を抑圧し、該到来波の中心周波数成分が抑圧された受信信号を周波数偏移検出手段へ出力する。そして、給電素子と前記無給電素子との間隔は、到来波の中心周波数成分を抑圧する間隔に設定される。また、周波数偏移検出手段は、帯域阻止フィルタから出力された受信信号に基づいて、周波数偏移スペクトルを検出する
好ましくは、n個の無給電素子は、給電素子の周囲に略円形に配置される。
Preferably, the arrival direction estimation device further includes a band rejection filter. The band rejection filter suppresses the center frequency component of the incoming wave from the received signal, and outputs the received signal in which the center frequency component of the incoming wave is suppressed to the frequency shift detecting means. And the space | interval of a feed element and the said parasitic element is set to the space | interval which suppresses the center frequency component of an incoming wave. The frequency shift detection means detects the frequency shift spectrum based on the received signal output from the band rejection filter. Preferably, the n parasitic elements are arranged in a substantially circular shape around the feed element. The

好ましくは、インピーダンス素子は、可変容量素子である。   Preferably, the impedance element is a variable capacitance element.

この発明による到来方向推定装置においては、給電素子と結合する無給電素子が給電素子の周囲を回転するように順次切換えられたときにアレーアンテナが受信した受信信号に基づいて、到来波の周波数偏移スペクトルが検出され、その検出された周波数偏移スペクトルがゼロクロスする角度が到来波の到来方向と推定される。そして、給電素子と結合する無給電素子の切換は、無給電素子に装荷されたインピーダンス素子のインピーダンスを変えることによって行なわれる。   In the direction-of-arrival estimation apparatus according to the present invention, the frequency deviation of the incoming wave is based on the received signal received by the array antenna when the parasitic element coupled to the feed element is sequentially switched to rotate around the feed element. The shift spectrum is detected, and the angle at which the detected frequency shift spectrum crosses zero is estimated as the arrival direction of the incoming wave. Then, switching of the parasitic element coupled to the feeder element is performed by changing the impedance of the impedance element loaded on the parasitic element.

従って、この発明によれば、給電素子と結合する無給電素子の切換を電気的に行なうことができ、機械的な無給電素子の切換による故障を防止できる。その結果、信頼性および耐久性を向上できる。   Therefore, according to the present invention, the parasitic element coupled with the feeding element can be switched electrically, and a failure due to the switching of the mechanical parasitic element can be prevented. As a result, reliability and durability can be improved.

また、給電素子と結合する無給電素子が給電素子の周囲を回転するように順次切換えられる場合にも受信信号は、中心素子である給電素子からのみ検出されるため、受信機までの伝送路を無給電素子ごとに設け、調整する必要がない。   In addition, when a parasitic element coupled with a feeding element is sequentially switched so as to rotate around the feeding element, the received signal is detected only from the feeding element that is the central element. It is not necessary to provide and adjust each parasitic element.

更に、インピーダンス切換のための配線をインピーダンス素子に接続すれば、インピーダンス素子のインピーダンスを変えることができるので、熟練技術による調整を不要にできる。   Furthermore, if the impedance switching wiring is connected to the impedance element, the impedance of the impedance element can be changed, so that adjustment by skilled techniques can be eliminated.

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

図1は、この発明の実施の形態による到来方向推定装置の構成を示す概略図である。図1を参照して、到来方向推定装置100は、アレーアンテナ10と、結合切換手段20と、増幅器30と、周波数偏移検出手段40と、方向推定手段50とを備える。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an arrival direction estimation apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, arrival direction estimation apparatus 100 includes array antenna 10, coupling switching unit 20, amplifier 30, frequency shift detection unit 40, and direction estimation unit 50.

アレーアンテナ10は、アンテナ素子1〜7と、接地板8と、バラクタダイオード11〜16とを含む。接地板8は、円形の導電性金属材料からなり、x軸、y軸およびz軸からなるxyz直交座標のx−y平面に略平行に配置される。アンテナ素子1〜7は、xyz直交座標におけるz軸に沿って接地板8に略垂直に配置される。この場合、アンテナ素子7は、x−y座標の原点Oに配置される。   Array antenna 10 includes antenna elements 1 to 7, a ground plate 8, and varactor diodes 11 to 16. The ground plate 8 is made of a circular conductive metal material, and is arranged substantially parallel to the xy plane of xyz orthogonal coordinates including the x axis, the y axis, and the z axis. The antenna elements 1 to 7 are arranged substantially perpendicular to the ground plate 8 along the z-axis in xyz orthogonal coordinates. In this case, the antenna element 7 is disposed at the origin O of the xy coordinates.

図2は、図1に示すx−y平面におけるアンテナ素子1〜7の平面配置図である。図2を参照して、アンテナ素子1〜6は、アンテナ素子7を中心にして半径rの円周CRC上に円形に配置される。即ち、アンテナ素子1〜6は、アンテナ素子7の周囲に円形に配置される。この場合、アンテナ素子1〜6は、等間隔に配置される。また、アレーアンテナ10が送受信する電波の波長をλとしたとき、半径rは、0.25λまたは0.383λに設定される。   FIG. 2 is a plan layout view of the antenna elements 1 to 7 in the xy plane shown in FIG. Referring to FIG. 2, antenna elements 1 to 6 are arranged in a circle on a circumference CRC having a radius r with antenna element 7 as the center. That is, the antenna elements 1 to 6 are arranged in a circle around the antenna element 7. In this case, the antenna elements 1 to 6 are arranged at equal intervals. Further, when the wavelength of the radio wave transmitted and received by the array antenna 10 is λ, the radius r is set to 0.25λ or 0.383λ.

再び、図1を参照して、アンテナ素子1〜6は、無給電素子であり、アンテナ素子7は、給電素子である。バラクタダイオード11〜16は、それぞれ、アンテナ素子1〜6と接地ノードとの間に接続される。これによって、無給電素子であるアンテナ素子1〜6には、可変容量素子であるバラクタダイオード11〜16がそれぞれ装荷される。   Referring to FIG. 1 again, antenna elements 1 to 6 are parasitic elements, and antenna element 7 is a feed element. Varactor diodes 11-16 are connected between antenna elements 1-6 and the ground node, respectively. Thereby, the varactor diodes 11 to 16 which are variable capacitance elements are loaded on the antenna elements 1 to 6 which are parasitic elements, respectively.

このように、アレーアンテナ10は、6本の無給電素子(アンテナ素子1〜6)と、1本の給電素子(アンテナ素子7)とからなる7本のアンテナ素子が給電素子を中心にして円形に配列された構造からなる。   As described above, the array antenna 10 includes seven antenna elements, each including six parasitic elements (antenna elements 1 to 6) and one feeding element (antenna element 7), with a circular shape centering on the feeding element. It consists of the structure arranged in.

結合切換手段20は、制御電圧セットCVL1〜CVL6をバラクタダイオード11〜16に供給し、無給電素子であるアンテナ素子1〜6と、給電素子であるアンテナ素子7との結合を切換える。バラクタダイオード11〜16は、それぞれ、制御電圧CVL1〜CVL6によって容量(リアクタンス値)が変化する。結合切換手段20は、各バラクタダイオード11〜16におけるリアクタンス値が“hi”(最大値)または“lo”(最小値)になるように各制御電圧CVL1〜CVL6の電圧値を決定し、制御電圧セットCVL1〜CVL6をバラクタダイオード11〜16へ供給する。例えば、結合切換手段20は、20Vからなる制御電圧CLV1〜CLV6をそれぞれバラクタダイオード11〜16へ供給してバラクタダイオード11〜16におけるリアクタンス値を”hi”に設定し、0Vからなる制御電圧CLV1〜CLV6をそれぞれバラクタダイオード11〜16へ供給してバラクタダイオード11〜16におけるリアクタンス値を”lo”に設定する。   The coupling switching means 20 supplies the control voltage sets CVL1 to CVL6 to the varactor diodes 11 to 16, and switches the coupling between the antenna elements 1 to 6 that are parasitic elements and the antenna element 7 that is a feeding element. The capacitances (reactance values) of the varactor diodes 11 to 16 are changed by the control voltages CVL1 to CVL6, respectively. The coupling switching means 20 determines the voltage values of the control voltages CVL1 to CVL6 so that the reactance values in the varactor diodes 11 to 16 become “hi” (maximum value) or “lo” (minimum value). The sets CVL1 to CVL6 are supplied to the varactor diodes 11 to 16. For example, the coupling switching means 20 supplies the control voltages CLV1 to CLV6 of 20V to the varactor diodes 11 to 16, respectively, sets the reactance value in the varactor diodes 11 to 16 to "hi", and controls the control voltage CLV1 of 0V. CLV6 is supplied to varactor diodes 11-16, respectively, and the reactance value in varactor diodes 11-16 is set to "lo".

この場合、結合切換手段20は、バラクタダイオード11〜16におけるリアクタンス値xm1〜xm6のリアクタンスセットxが表1に示すように変化するように制御電圧セットCVL1〜CVL6をバラクタダイオード11〜16へ供給する。 In this case, coupling switching means 20, the reactance value x m1 ~x m6 reactance set x m varactor control voltage set CVL1~CVL6 to vary as shown in Table 1 diodes in the varactor diodes 11 to 16 11 to 16 To supply.

Figure 2006186540
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リアクタンス値xm1が“lo”であり、リアクタンス値xm2〜xm6が“hi”であるとき(m=1)、アレーアンテナ10は、0度の方向に指向性があるビームパターンBPM1を有する。この場合、アンテナ素子1は、アンテナ素子7と強く結合し、アンテナ素子2〜6は、アンテナ素子7と弱く結合している。なお、アンテナ素子7(給電素子)からアンテナ素子1(無給電素子)への方向を0度の方向とする(図2参照)。 When the reactance value x m1 is “lo” and the reactance values x m2 to x m6 are “hi” (m = 1), the array antenna 10 has a beam pattern BPM1 having directivity in the direction of 0 degrees. . In this case, the antenna element 1 is strongly coupled to the antenna element 7, and the antenna elements 2 to 6 are weakly coupled to the antenna element 7. Note that the direction from the antenna element 7 (feeding element) to the antenna element 1 (parasitic element) is a 0 degree direction (see FIG. 2).

また、リアクタンス値xm2が“lo”であり、リアクタンス値xm1,xm3〜xm6が“hi”であるとき(m=2)、アレーアンテナ10は、60度の方向に指向性があるビームパターンBPM2を有する。この場合、アンテナ素子2は、アンテナ素子7と強く結合し、アンテナ素子1,3〜6は、アンテナ素子7と弱く結合している。 When the reactance value x m2 is “lo” and the reactance values x m1 , x m3 to x m6 are “hi” (m = 2), the array antenna 10 has directivity in the direction of 60 degrees. It has a beam pattern BPM2. In this case, the antenna element 2 is strongly coupled to the antenna element 7, and the antenna elements 1, 3 to 6 are weakly coupled to the antenna element 7.

以下、同様にして、各リアクタンス値xm3〜xm6が“lo”であり、それ以外のリアクタンス値が“hi”であるとき(m=3〜6)、アレーアンテナ10は、それぞれ、120度、180度、240度および300度の方向に指向性があるビームパターンBPM3〜BPM6を有する(図2参照)。この場合、アンテナ素子3〜6の各々は、アンテナ素子7と強く結合し、他のアンテナ素子(アンテナ素子1〜6のうち、それぞれ、アンテナ素子3〜6を除くアンテナ素子)は、アンテナ素子7と弱く結合している。 Similarly, when the reactance values x m3 to x m6 are “lo” and the other reactance values are “hi” (m = 3 to 6), the array antenna 10 is 120 degrees, respectively. , Beam patterns BPM3 to BPM6 having directivity in directions of 180 degrees, 240 degrees, and 300 degrees (see FIG. 2). In this case, each of the antenna elements 3 to 6 is strongly coupled to the antenna element 7, and the other antenna elements (the antenna elements other than the antenna elements 3 to 6 among the antenna elements 1 to 6) are the antenna element 7. Are weakly coupled.

このように、結合切換手段20は、無給電素子であるアンテナ素子1〜6に装荷されたバラクタダイオード11〜16のリアクタンス値xm1〜xm6を変えることによってアンテナ素子7(給電素子)と放射結合するアンテナ素子1〜6(無給電素子)を切換え、アレーアンテナ10の指向性を切換える。 As described above, the coupling switching unit 20 radiates the antenna element 7 (feeding element) and the radiation by changing the reactance values x m1 to x m6 of the varactor diodes 11 to 16 loaded on the antenna elements 1 to 6 which are parasitic elements. The antenna elements 1 to 6 (parasitic elements) to be coupled are switched, and the directivity of the array antenna 10 is switched.

到来波の到来方向を推定する場合、結合切換手段20は、給電素子であるアンテナ素子7と結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6の少なくとも1本のアンテナ素子)がアンテナ素子7の回りを所定の速度で回転するように制御電圧セットCLV1〜CLV6をバラクタダイオード11〜16へ供給する。   When estimating the direction of arrival of the incoming wave, the coupling switching means 20 is configured so that the parasitic element (at least one of the antenna elements 1 to 6) coupled to the antenna element 7 that is the feeding element passes around the antenna element 7. Control voltage sets CLV1 to CLV6 are supplied to varactor diodes 11 to 16 so as to rotate at a predetermined speed.

結合切換手段20は、パルス発生器21と、リアクタンス値テーブル22と、可変リアクタンス制御装置23とを含む。パルス発生器21は、一定周期のパルス信号PLSを発生し、その発生したパルス信号PLSを可変リアクタンス制御装置23へ出力する。この場合、パルス信号PLSは、例えば、角周波数ω(ω=2π×1kHz)に無給電素子(アンテナ素子1〜6)の数n(n=6)を乗算した値の角周波数ω(ω=2π×6kHz)を有する。 The coupling switching unit 20 includes a pulse generator 21, a reactance value table 22, and a variable reactance control device 23. The pulse generator 21 generates a pulse signal PLS with a constant period, and outputs the generated pulse signal PLS to the variable reactance control device 23. In this case, the pulse signal PLS is, for example, an angular frequency ω r having a value obtained by multiplying the angular frequency ω 00 = 2π × 1 kHz) by the number n (n = 6) of parasitic elements (antenna elements 1 to 6). (Ω r = 2π × 6 kHz).

リアクタンス値テーブル22は、表2〜表4に示すリアクタンステーブルXTB1〜XTB3を格納する。   The reactance value table 22 stores reactance tables XTB1 to XTB3 shown in Tables 2 to 4.

Figure 2006186540
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可変リアクタンス制御装置23は、表2〜表4に示すリアクタンステーブルXTB1〜XTB3のいずれかに従って制御電圧セットCLV1〜CLV6を生成し、その生成した制御電圧セットCLV1〜CLV6をパルス発生器21から受けたパルス信号PLSに同期してバラクタダイオード11〜16へ供給する。   The variable reactance control device 23 generates control voltage sets CLV1 to CLV6 according to any of the reactance tables XTB1 to XTB3 shown in Tables 2 to 4, and receives the generated control voltage sets CLV1 to CLV6 from the pulse generator 21. The varactor diodes 11 to 16 are supplied in synchronization with the pulse signal PLS.

例えば、可変リアクタンス制御装置23は、表2に示すリアクタンステーブルXTB1に従って制御電圧セットCLV1〜CLV6を生成するとき、まず、リアクタンステーブルXTB1のリアクタンスセットXS11に従って、バラクタダイオード11のリアクタンス値xm1が0Ωになり、かつ、バラクタダイオード12〜16のリアクタンス値xm2〜xm6が457.5Ωになるように制御電圧セットCLV1〜CLV6を生成し、その生成した制御電圧CLV1〜CLV6をバラクタダイオード11〜16へ供給する。 For example, when the variable reactance control device 23 generates the control voltage sets CLV1 to CLV6 according to the reactance table XTB1 shown in Table 2, first, the reactance value x m1 of the varactor diode 11 is set to 0Ω according to the reactance set XS11 of the reactance table XTB1. becomes, and the reactance value x m @ 2 ~x m6 varactor diodes 12 to 16 generates a control voltage set CLV1~CLV6 to be 457.5Omu, a control voltage CLV1~CLV6 that the generated to the varactor diodes 11 to 16 Supply.

次に、可変リアクタンス制御装置23は、リアクタンステーブルXTB1のリアクタンスセットXS12に従って、バラクタダイオード12のリアクタンス値xm2が0Ωになり、かつ、バラクタダイオード11,13〜16のリアクタンス値xm1,m3〜xm6が457.5Ωになるように制御電圧セットCLV1〜CLV6を生成し、その生成した制御電圧CLV1〜CLV6をバラクタダイオード11〜16へ供給する。 Next, the variable reactance control device 23 sets the reactance value x m2 of the varactor diode 12 to 0Ω according to the reactance set XS12 of the reactance table XTB1, and reactance values x m1, m3 to x 3 of the varactor diodes 11 and 13 to 16 Control voltage sets CLV1 to CLV6 are generated so that m6 is 457.5Ω, and the generated control voltages CLV1 to CLV6 are supplied to the varactor diodes 11 to 16.

以下、同様にして、可変リアクタンス制御装置23は、リアクタンステーブルXTB1のリアクタンスセットXS13〜XS16に従って制御電圧セットCLV1〜CLV6を生成し、その生成した制御電圧セットCLV1〜CLV6をバラクタダイオード11〜16へ供給する。   Thereafter, similarly, the variable reactance control device 23 generates control voltage sets CLV1 to CLV6 according to the reactance sets XS13 to XS16 of the reactance table XTB1, and supplies the generated control voltage sets CLV1 to CLV6 to the varactor diodes 11 to 16. To do.

この場合、可変リアクタンス制御装置23は、リアクタンスセットXS11〜XS16に従って生成した制御電圧セットCLV1〜CLV6をパルス信号PLSに同期してバラクタダイオード11〜16へ順次供給する。即ち、可変リアクタンス制御装置23は、バラクタダイオード11〜16のリアクタンス値xm1〜xm6がリアクタンステーブルXTB1のリアクタンスセットXS11〜XS16に従ってパルス信号PLSの角周波数ωの速度で順次切換わるように制御電圧セットCLV1〜CLV6をバラクタダイオード11〜16へ供給する。 In this case, the variable reactance control device 23 sequentially supplies the control voltage sets CLV1 to CLV6 generated according to the reactance sets XS11 to XS16 to the varactor diodes 11 to 16 in synchronization with the pulse signal PLS. That is, the variable reactance control device 23 controls the reactance values x m1 to x m6 of the varactor diodes 11 to 16 to be sequentially switched at the speed of the angular frequency ω r of the pulse signal PLS according to the reactance set XS11 to XS16 of the reactance table XTB1. Voltage sets CLV1 to CLV6 are supplied to varactor diodes 11 to 16.

増幅器30は、アレーアンテナ10のアンテナ素子7(給電素子)から出力される受信信号(高周波電流からなる)を増幅し、その増幅した受信信号を周波数偏移検出手段40へ出力する。周波数偏移検出手段40は、増幅器30からの受信信号を受け、その受けた受信信号に基づいて、後述する方法によって、到来波の周波数偏移スペクトルを検出し、その検出した周波数偏移スペクトルを方向推定手段50へ出力する。   The amplifier 30 amplifies the reception signal (consisting of a high-frequency current) output from the antenna element 7 (feeding element) of the array antenna 10 and outputs the amplified reception signal to the frequency shift detection means 40. The frequency shift detection means 40 receives the received signal from the amplifier 30 and detects the frequency shift spectrum of the incoming wave based on the received signal by a method described later, and the detected frequency shift spectrum is detected. It outputs to the direction estimation means 50.

方向推定手段50は、周波数偏移検出手段40からの周波数偏移スペクトルが、周波数偏移がゼロであることを示す基準線と交差する角度を検出し、その検出した角度を到来波の到来方向と推定する。   The direction estimation unit 50 detects an angle at which the frequency shift spectrum from the frequency shift detection unit 40 intersects a reference line indicating that the frequency shift is zero, and uses the detected angle as the arrival direction of the incoming wave. Estimated.

この発明において、到来方向を推定する原理について説明する。給電素子であるアンテナ素子7は、送信機P(図示せず)から送信された搬送波(例えば200MHzの周波数を有する波)Sa1を受信する。この場合、無給電素子であるアンテナ素子1〜6にそれぞれ装荷されたバラクタダイオード11〜16は、結合切換手段20によってそれぞれリアクタンス値xm1〜xm6に設定されているので、複数のアンテナ素子1〜6のうち、少なくとも1本のアンテナ素子がアンテナ素子7と放射結合し、これによって、少なくとも1本のアンテナ素子に高周波電流が誘起される。 In the present invention, the principle of estimating the direction of arrival will be described. The antenna element 7 that is a feeding element receives a carrier wave (for example, a wave having a frequency of 200 MHz) Sa1 transmitted from a transmitter P (not shown). In this case, since the varactor diodes 11 to 16 loaded on the antenna elements 1 to 6 which are parasitic elements are respectively set to reactance values x m1 to x m6 by the coupling switching means 20, the plurality of antenna elements 1 ˜6, at least one antenna element is radiatively coupled to the antenna element 7, thereby inducing a high-frequency current in at least one antenna element.

また、バラクタダイオード11〜16のリアクタンス値xm1〜xm6は、循環的に変更されるので、アンテナ素子7と放射結合が生じるアンテナ素子は、循環的に円周CRC上を移動する。 In addition, since the reactance values x m1 to x m6 of the varactor diodes 11 to 16 are cyclically changed, the antenna element that is radiatively coupled with the antenna element 7 moves cyclically on the circumference CRC.

一般に、角周波数ωの電磁波を放射する送信機Pが静止しており、受信機Qが速度v(ベクトル)で移動するとき、受信機Qでの受信波の角周波数は、ドップラー効果による周波数偏移を受ける。このときの周波数偏移の大きさをΔωとすると、周波数偏移Δωは、次式によって表される。   In general, when the transmitter P that radiates an electromagnetic wave having an angular frequency ω is stationary and the receiver Q moves at a velocity v (vector), the angular frequency of the received wave at the receiver Q is a frequency deviation due to the Doppler effect. Receive a move. When the magnitude of the frequency shift at this time is Δω, the frequency shift Δω is expressed by the following equation.

Δω=−(<v>・<ePQ>)ω/c・・・(1)
式(1)において、表記<A>は、ベクトルAを表す。また、ベクトル<ePQ>は、送信機Pから受信機Qに向かう単位ベクトルであり、cは、光速である。更に、a・bは、ベクトルaとベクトルbとのスカラー積を表す。
Δω = − (<v> · <e PQ >) ω / c (1)
In the expression (1), the notation <A> represents the vector A. A vector <e PQ > is a unit vector from the transmitter P to the receiver Q, and c is the speed of light. Further, a · b represents a scalar product of the vector a and the vector b.

図3は、図1に示すアレーアンテナ10と送信機Pとを示す平面図である。図3を参照して、6本のアンテナ素子1〜6が半径rの円周CRC上に十分に密な状態で配置されていると考えると、アレーアンテナ10は、給電素子(アンテナ素子7)と放射結合する無給電素子が円周CRC上に配置された6本のアンテナ素子1〜6の順で順次切換わって送信機Pからの到来波を受信する。従って、アレーアンテナ10(受信機Q)は、あたかも、半径rの円周CRC上を滑らかに移動しながら送信機Pからの到来波を受信するものと考えることができる。この場合、給電素子であるアンテナ素子7と放射結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6の少なくとも1本のアンテナ素子)は、結合切換手段20によって円周CRC上を角周波数ωで移動させられる。 FIG. 3 is a plan view showing array antenna 10 and transmitter P shown in FIG. Referring to FIG. 3, when it is considered that six antenna elements 1 to 6 are arranged in a sufficiently dense state on a circumferential CRC having a radius r, array antenna 10 has a feeding element (antenna element 7). The parasitic elements that are radiatively coupled to each other are sequentially switched in the order of the six antenna elements 1 to 6 arranged on the circumferential CRC to receive the incoming wave from the transmitter P. Therefore, it can be considered that the array antenna 10 (receiver Q) receives an incoming wave from the transmitter P while smoothly moving on the circumference CRC having the radius r. In this case, the parasitic element for emitting coupled to the antenna element 7 is a feed element (at least one antenna element of the antenna element 1-6) is moved on the circumference CRC at the angular frequency omega R by coupling switching means 20 It is done.

一方、送信機Pは、アンテナ素子1〜6が配置される円周CRCの直径2rに対して十分に離れているものとする。また、図3に示すように、上述した直交座標(x,y)に加え、アンテナ素子7の配置位置を原点Oとする極座標(R,θ)を設定する。そして、時刻t=0において、給電素子(アンテナ素子7)と放射結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6のうち、アンテナ素子7と最も強く放射結合する1本のアンテナ素子)がθ=πの方向に配置され、送信機Pがθ=αの方向に配置されているものとする。   On the other hand, the transmitter P is assumed to be sufficiently separated from the diameter 2r of the circumference CRC where the antenna elements 1 to 6 are arranged. Further, as shown in FIG. 3, in addition to the orthogonal coordinates (x, y) described above, polar coordinates (R, θ) having the arrangement position of the antenna element 7 as the origin O are set. At time t = 0, the parasitic element (one antenna element that is most strongly radiatively coupled to the antenna element 7 among the antenna elements 1 to 6) that is radiatively coupled to the feeding element (antenna element 7) is θ = π. It is assumed that the transmitter P is arranged in the direction of θ = α.

そうすると、給電素子(アンテナ素子7)と放射結合する1本の無給電素子の速度<v>は、直交座標系においては、次式によって表される。   Then, the speed <v> of one parasitic element that is radiatively coupled to the feeding element (antenna element 7) is expressed by the following expression in the orthogonal coordinate system.

<v>=(rωsinωt,−rωcosωt)xy・・・(2)
なお、式(2)の添字xyは、直交座標系における表現であることを示す。また、送信機Pから受信機Qへ向かう単位ベクトル<ePQ>は、図3より次式により表される。
<V> = (rω r sinω r t, -rω r cosω r t) xy ··· (2)
Note that the subscript xy in Expression (2) indicates that the expression is in an orthogonal coordinate system. The unit vector <e PQ > from the transmitter P to the receiver Q is expressed by the following equation from FIG.

<ePQ>=(−cosα,−sinα)xy・・・(3)
そして、式(2)および式(3)を式(1)に代入すると、受信機Qにおける受信波の角周波数偏移Δωの大きさは、次式によって表される。
<E PQ > = (− cos α, −sin α) xy (3)
Then, when Expressions (2) and (3) are substituted into Expression (1), the magnitude of the angular frequency shift Δω of the received wave at the receiver Q is expressed by the following expression.

Δω=rωωsin(ωt−α)/c・・・(4)
式(4)より、給電素子(アンテナ素子7)と放射結合する無給電素子による受信周波数の周波数偏移Δωは、送信機Pの方向αに依存する。
Δω = rω r ω sin (ω r t−α) / c (4)
From Expression (4), the frequency shift Δω of the reception frequency due to the parasitic element that is radiatively coupled to the feeding element (antenna element 7) depends on the direction α of the transmitter P.

図4は、図1に示すアレーアンテナ10に到来する到来波を示す模式図である。到来波(搬送波Sa1)は、アンテナ素子1の方向から到来するものとする。給電素子(アンテナ素子7)と最も強く放射結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6のいずれか)は、円周CRC上を速度<v>で反時計回りに回転している。   FIG. 4 is a schematic diagram showing an incoming wave arriving at array antenna 10 shown in FIG. The incoming wave (carrier wave Sa1) is assumed to arrive from the direction of the antenna element 1. The parasitic element (any one of the antenna elements 1 to 6) that is most strongly radiatively coupled to the feeding element (antenna element 7) rotates counterclockwise at a speed <v> on the circumference CRC.

そうすると、給電素子(アンテナ素子7)と最も強く放射結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6のいずれか)がアンテナ素子1→アンテナ素子2→アンテナ素子3→アンテナ素子4へ順次切換わる期間、アレーアンテナ10は、到来波Sa1から速度<v>で遠ざかりながら到来波Sa1を受信する。その結果、アレーアンテナ10は、ドップラー効果により到来波Sa1の角周波数ωよりも低い角周波数ωを有するFM波Sa21と、到来波Sa1とが混在した受信信号Saを受信する。この場合、FM波Sa21は、到来波Sa1よりも低い角周波数ωを有するので、その周期は、到来波Sa1よりも長くなる。 Then, the parasitic element (any one of the antenna elements 1 to 6) that is most strongly radiatively coupled to the feeding element (antenna element 7) is sequentially switched from antenna element 1 → antenna element 2 → antenna element 3 → antenna element 4. The array antenna 10 receives the incoming wave Sa1 while moving away from the incoming wave Sa1 at a velocity <v>. As a result, the array antenna 10, an FM wave Sa21 having a low angular frequency omega L than the angular frequency omega of the incoming wave Sa1 by the Doppler effect, receiving the reception signal Sa and incoming waves Sa1 are mixed. In this case, FM wave Sa21 is because it has a low angular frequency omega L than the incoming waves Sa1, the period is longer than the incoming waves Sa1.

一方、給電素子(アンテナ素子7)と最も強く放射結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6のいずれか)がアンテナ素子4→アンテナ素子5→アンテナ素子6→アンテナ素子1へ順次切換わる期間、アレーアンテナ10は、到来波Sa1に速度<v>で近づきながら到来波Sa1を受信する。その結果、アレーアンテナ10は、ドップラー効果により到来波Sa1の角周波数ωよりも高い角周波数ωを有するFM波Sa22と、到来波Sa1とが混在した受信信号Saを受信する。この場合、FM波Sa22は、到来波Sa1よりも高い角周波数ωを有するので、その周期は、到来波Sa1よりも短くなる。 On the other hand, a period during which the parasitic element (any one of the antenna elements 1 to 6) that is most strongly radiatively coupled to the feeding element (antenna element 7) is sequentially switched from the antenna element 4 → the antenna element 5 → the antenna element 6 → the antenna element 1; The array antenna 10 receives the incoming wave Sa1 while approaching the incoming wave Sa1 at a velocity <v>. As a result, the array antenna 10, an FM wave Sa22 having a high angular frequency omega H than the angular frequency omega of the incoming wave Sa1 by the Doppler effect, receiving the reception signal Sa and incoming waves Sa1 are mixed. In this case, FM wave Sa22 is because it has a high angular frequency omega H than the incoming waves Sa1, the period is shorter than the incoming waves Sa1.

周波数偏移Δωは、FM波Sa21,Sa22の角周波数ω,ωから到来波Sa1の角周波数ωを減算したものである。従って、周波数偏移Δωは、給電素子(アンテナ素子7)と最も強く放射結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6のいずれか)がアンテナ素子1→アンテナ素子2→アンテナ素子3→アンテナ素子4へ順次切換わる期間、負の値になり、給電素子(アンテナ素子7)と最も強く放射結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6のいずれか)がアンテナ素子4→アンテナ素子5→アンテナ素子6→アンテナ素子1へ順次切換わる期間、正の値となる。そして、給電素子(アンテナ素子7)と最も強く放射結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6のいずれか)がアンテナ素子1またはアンテナ素子4である瞬間、速度<v>は、到来波Sa1の到来方向と平行な方向の成分がゼロであるので、周波数偏移Δωはゼロになる。 The frequency shift Δω is obtained by subtracting the angular frequency ω of the incoming wave Sa1 from the angular frequencies ω L and ω H of the FM waves Sa21 and Sa22. Therefore, the frequency shift Δω is such that the parasitic element (any one of the antenna elements 1 to 6) that is most strongly radiatively coupled to the feeding element (antenna element 7) is antenna element 1 → antenna element 2 → antenna element 3 → antenna element 4. During the period of switching sequentially, the parasitic element (any one of the antenna elements 1 to 6) that becomes a negative value and is most strongly radiatively coupled to the feeding element (antenna element 7) is the antenna element 4 → the antenna element 5 → the antenna element 6 → It becomes a positive value during the period of switching to the antenna element 1 sequentially. At the moment when the parasitic element (any one of the antenna elements 1 to 6) that is most strongly radiatively coupled to the feeding element (antenna element 7) is the antenna element 1 or the antenna element 4, the velocity <v> Since the component in the direction parallel to the arrival direction is zero, the frequency shift Δω is zero.

そうすると、周波数偏移Δωが正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωt、または周波数偏移Δωが負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωtが到来波Sa1の到来方向になる。このことは、式(4)において、Δω=0であるとき、ωt=αとなることからも明らかである。 Then, when the angle frequency shift [Delta] [omega becomes zero when the frequency shift [Delta] [omega is switched from a positive value to a negative value omega r t or frequency shift [Delta] [omega, is switched from a negative value to a positive value The angle ω r t at which the frequency shift Δω becomes zero is the arrival direction of the incoming wave Sa1. This is also clear from the fact that in equation (4), when Δω = 0, ω r t = α.

なお、周波数偏移Δωが正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωtを到来波Sa1の到来方向とするか、周波数偏移Δωが負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωtを到来波Sa1の到来方向とするかは、制御電圧セットCLV1〜CLV6をバラクタダイオード11〜16に供給したときにアレーアンテナ10が放射するビームの位相特性に依存して決定される。 Note that the angle ω r t at which the frequency deviation Δω becomes zero when the frequency deviation Δω is switched from a positive value to a negative value is set as the arrival direction of the incoming wave Sa1, or the frequency deviation Δω is a negative value. from either the frequency shift Δω when switching to a positive value and direction of arrival of the incoming wave Sa1 angle omega r t becomes zero, when the control voltage set CLV1~CLV6 supplied to the varactor diodes 11 to 16 This is determined depending on the phase characteristic of the beam emitted from the array antenna 10.

即ち、リアクタンステーブル(リアクタンステーブルXTB1〜XTB3のいずれか)に従ってバラクタダイオード11〜16のリアクタンスを順次切換えたときに、アレーアンテナ10が放射するビームの位相が正から負へ変化する場合、周波数偏移Δωが正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωtが到来波Sa1の到来方向であると決定される。また、リアクタンステーブル(リアクタンステーブルXTB1〜XTB3のいずれか)に従ってバラクタダイオード11〜16のリアクタンスを順次切換えたときに、アレーアンテナ10が放射するビームの位相が負から正へ変化する場合、周波数偏移Δωが負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωtが到来波Sa1の到来方向であると決定される。 That is, when the reactance of the varactor diodes 11 to 16 is sequentially switched according to the reactance table (any of the reactance tables XTB1 to XTB3), the frequency shift occurs when the phase of the beam radiated from the array antenna 10 changes from positive to negative. Δω is the frequency shift Δω when switching from a positive value to a negative value angle omega r t becomes zero are determined to be the arrival direction of the incoming wave Sa1. Further, when the reactance of the varactor diodes 11 to 16 is sequentially switched according to the reactance table (any of the reactance tables XTB1 to XTB3), the frequency shift occurs when the phase of the beam radiated from the array antenna 10 changes from negative to positive. Δω is determined as negative frequency shift Δω when switching to a positive value to zero from the value angle ω r t is the arrival direction of the incoming wave Sa1.

従って、この発明においては、リアクタンステーブル(リアクタンステーブルXTB1〜XTB3のいずれか)に従ってバラクタダイオード11〜16のリアクタンスセットを順次切換えたときに、アレーアンテナ10が放射するビームの位相が正から負へ変化するか、負から正へ変化するかを予め検出しておく。そして、給電素子(アンテナ素子7)と最も強く放射結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6のいずれか)が速度<v>で順次切換えられたときにアレーアンテナ10が受信する受信信号SaからFM波Sa2(FM波Sa21およびSa22からなる)を抽出し、その抽出したFM波Sa2に基づいて、式(4)によって表される周波数偏移Δωを検出して角度ωtに対してプロットした周波数偏移スペクトルを求め、更に、周波数偏移スペクトルが、周波数偏移Δωがゼロになる基準線と交差する角度ωtを検出する。この場合、アレーアンテナ10が放射するビームが正から負へ変わる位相特性を有するとき、周波数偏移Δωが正の値から負の値へ切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωtが検出され、アレーアンテナ10が放射するビームが負から正へ変わる位相特性を有するとき、周波数偏移Δωが負の値から正の値へ切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωtが検出される。 Therefore, in the present invention, when the reactance set of the varactor diodes 11 to 16 is sequentially switched according to the reactance table (any of the reactance tables XTB1 to XTB3), the phase of the beam radiated from the array antenna 10 changes from positive to negative. Or whether it changes from negative to positive is detected in advance. From the received signal Sa received by the array antenna 10 when the parasitic element (any one of the antenna elements 1 to 6) that is most strongly radiatively coupled to the feeding element (antenna element 7) is sequentially switched at the speed <v>. An FM wave Sa2 (consisting of FM waves Sa21 and Sa22) is extracted, and based on the extracted FM wave Sa2, the frequency shift Δω represented by the equation (4) is detected and plotted against the angle ω r t The detected frequency shift spectrum is obtained, and furthermore, the angle ω r t at which the frequency shift spectrum intersects the reference line where the frequency shift Δω becomes zero is detected. In this case, when the beam radiated from the array antenna 10 has a phase characteristic that changes from positive to negative, the angle ω r at which the frequency deviation Δω becomes zero when the frequency deviation Δω is switched from a positive value to a negative value. When t is detected and the beam radiated from the array antenna 10 has a phase characteristic that changes from negative to positive, the angle at which the frequency deviation Δω becomes zero when the frequency deviation Δω switches from a negative value to a positive value ω r t is detected.

図5は、図1に示す周波数偏移検出手段40における周波数偏移の検出方法を説明するための図である。また、図6は、位相差と方位角との関係を示す図である。図5において、縦軸は、電圧を表し、横軸は、瞬時角周波数を表す。また、図6において、縦軸は、位相差を表し、横軸は、方位角を表す。周波数は、位相の時間微分であるため、周波数偏移を位相差で表す(以下、同じ)。なお、方位角は、図3に示す角度θとして定義される。   FIG. 5 is a diagram for explaining a frequency shift detection method in the frequency shift detection means 40 shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the phase difference and the azimuth angle. In FIG. 5, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents instantaneous angular frequency. In FIG. 6, the vertical axis represents the phase difference, and the horizontal axis represents the azimuth angle. Since the frequency is a time derivative of the phase, the frequency shift is expressed by a phase difference (hereinafter the same). The azimuth angle is defined as an angle θ shown in FIG.

図5を参照して、電圧と瞬時周波数との関係は、直線k1によって表される。瞬時周波数が到来波Sa1の角周波数ωであるとき、電圧が0Vに変換されるように、電圧と瞬時周波数との関係が決められている。周波数偏移検出手段40は、増幅器30から受信信号Saを受け、その受けた受信信号Saの瞬時周波数を直線k1に従って電圧に変換し、その変換した電圧を方位角に対してプロットして周波数偏移スペクトルを求める。 Referring to FIG. 5, the relationship between the voltage and the instantaneous frequency is represented by a straight line k1. When the instantaneous frequency is the angular frequency omega c of the incoming waves Sa1, so that the voltage is converted to 0V, and the relationship between the voltage and the instantaneous frequency are determined. The frequency shift detecting means 40 receives the received signal Sa from the amplifier 30, converts the instantaneous frequency of the received received signal Sa into a voltage according to the straight line k1, plots the converted voltage against the azimuth angle, and shifts the frequency. Obtain the transfer spectrum.

上述したように、アレーアンテナ10は、到来波Sa1と、FM波Sa2(FM波Sa21,Sa22)とが混在した受信信号Saを受信し、到来波Sa1は、角周波数ωを有するので、周波数偏移検出手段40は、受信信号Saのうち、到来波Sa1の瞬時周波数を0Vの電圧に変換し、FM波Sa2の瞬時周波数を直線k1に従って所定の電圧に変換する。 As described above, the array antenna 10 receives the reception signal Sa in which the incoming wave Sa1 and the FM wave Sa2 (FM waves Sa21 and Sa22) are mixed, and the incoming wave Sa1 has the angular frequency ω c. The shift detection means 40 converts the instantaneous frequency of the incoming wave Sa1 of the received signal Sa into a voltage of 0V, and converts the instantaneous frequency of the FM wave Sa2 into a predetermined voltage according to the straight line k1.

そして、周波数偏移検出手段40は、その変換した電圧を角度ωtに対して順次プロットする。その結果、図6に示すように、周波数偏移は、方位角(=ωt)に対してプロットされる。この場合、図6に示すピークP1〜P14を結ぶ曲線が周波数偏移スペクトルFHSとなる。 The frequency shift detecting means 40 sequentially plots the converted voltage with respect to the angle ω r t. As a result, as shown in FIG. 6, the frequency shift is plotted against the azimuth angle (= ω r t). In this case, the curve connecting the peaks P1 to P14 shown in FIG. 6 is the frequency shift spectrum FHS.

周波数偏移検出手段40は、周波数偏移スペクトルFHSを検出すると、その検出した周波数偏移スペクトルFHSを方向推定手段50へ出力する。方向推定手段50は、周波数偏移スペクトルFHSを受けると、その受けた周波数偏移スペクトルFHSがゼロクロスする方位角を到来波の到来方向と推定する。   When the frequency shift detection unit 40 detects the frequency shift spectrum FHS, the frequency shift detection unit 40 outputs the detected frequency shift spectrum FHS to the direction estimation unit 50. Upon receiving the frequency shift spectrum FHS, the direction estimation means 50 estimates the azimuth angle at which the received frequency shift spectrum FHS crosses zero as the arrival direction of the incoming wave.

図7は、到来波の到来方向を推定する動作を説明するためのフローチャートである。一連の動作が開始されると、バラクタダイオード11〜16のリアクタンスを所定の速度で順次切換えたときにアレーアンテナ10が放射するビームの位相特性が検出される(ステップS1)。   FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of estimating the arrival direction of the incoming wave. When a series of operations is started, the phase characteristic of the beam emitted from the array antenna 10 when the reactances of the varactor diodes 11 to 16 are sequentially switched at a predetermined speed is detected (step S1).

そして、ステップS1で検出された位相特性が方位角を0度から360度の範囲で変化させたとき、正から負へ変化するか否かが判定される(ステップS2)。ステップS1で検出された位相特性が正から負へ変化する場合(ステップS2において”YES”の場合)、周波数偏移Δωが正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωtを検出することが設定される(ステップS3)。 Then, it is determined whether or not the phase characteristic detected in step S1 changes from positive to negative when the azimuth is changed in the range of 0 degrees to 360 degrees (step S2). When the phase characteristic detected in step S1 changes from positive to negative (in the case of “YES” in step S2), the frequency deviation Δω is zero when the frequency deviation Δω is switched from a positive value to a negative value. It is set to detect the angle ω r t to become (step S3).

一方、ステップS1で検出された位相特性が負から正へ変化する場合(ステップS2において”NO”の場合)、周波数偏移Δωが負の値から正の値に切換わるときに周波周偏移Δωがゼロになる角度ωtを検出することが設定される(ステップS4)。 On the other hand, when the phase characteristic detected in step S1 changes from negative to positive (in the case of “NO” in step S2), the frequency shift when the frequency shift Δω is switched from a negative value to a positive value. It is set to detect the angle ω r t at which Δω becomes zero (step S4).

ステップS3またはステップS4の後、バラクタダイオード11〜16のリアクタンスを所定の速度で順次切換えたときに、アレーアンテナ10は、受信信号Saを受信し(ステップS5)、その受信した受信信号Saをアンテナ素子7(給電素子)から増幅器30へ出力する。   After step S3 or step S4, when the reactances of the varactor diodes 11 to 16 are sequentially switched at a predetermined speed, the array antenna 10 receives the received signal Sa (step S5), and the received received signal Sa is transmitted to the antenna. Output from the element 7 (feeding element) to the amplifier 30.

増幅器30は、受信信号Saをアレーアンテナ10から受け、その受けた受信信号Saを増幅して周波数偏移検出手段40へ出力する。周波数偏移検出手段40は、受信信号Saに基づいて、上述した方法によって周波数偏移Δωを検出し、その検出した周波数偏移Δωを角度ωtに対してプロットし、周波数偏移スペクトルFHSを作成する(ステップS6)。そして、周波数偏移検出手段40は、その作成した周波数偏移スペクトルFHSを方向推定手段50へ出力する。 The amplifier 30 receives the received signal Sa from the array antenna 10, amplifies the received signal Sa, and outputs it to the frequency shift detecting means 40. The frequency shift detection means 40 detects the frequency shift Δω by the above-described method based on the received signal Sa, plots the detected frequency shift Δω against the angle ω r t, and generates the frequency shift spectrum FHS. Is created (step S6). Then, the frequency shift detection means 40 outputs the created frequency shift spectrum FHS to the direction estimation means 50.

方向推定手段50は、周波数偏移スペクトルFHSを受け、その受けた周波数偏移スペクトルFHSがゼロクロスする角度ωtを検出する。ステップS3の後に、ステップS5〜S7が実行される場合、方向推定手段50は、周波数偏移Δωが正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωtを検出し、その検出した角度ωtを到来波Sa1の到来方向と推定する。また、ステップS4の後に、ステップS5〜S7が実行される場合、方向推定手段50は、周波数偏移Δωが負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωtを検出し、その検出した角度ωtを到来波Sa1の到来方向と推定する(ステップS7)。 The direction estimation means 50 receives the frequency shift spectrum FHS and detects an angle ω r t at which the received frequency shift spectrum FHS crosses zero. When steps S5 to S7 are executed after step S3, the direction estimation means 50 determines that the angle ω r t at which the frequency deviation Δω becomes zero when the frequency deviation Δω is switched from a positive value to a negative value. And the detected angle ω r t is estimated as the arrival direction of the incoming wave Sa1. In addition, when steps S5 to S7 are executed after step S4, the direction estimation means 50 determines that the angle ω at which the frequency shift Δω becomes zero when the frequency shift Δω is switched from a negative value to a positive value. detecting a r t, it estimates the detected angle omega r t and the arrival direction of the incoming wave Sa1 (step S7).

これにより、一連の動作が終了する。   Thereby, a series of operations are completed.

上述したように、到来方向推定装置100においては、バラクタダイオード11〜16のリアクタンスを電気的に切換えることによって給電素子(アンテナ素子7)と放射結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6の少なくとも1本のアンテナ素子)を順次切換え、その時にアレーアンテナ10が受信する受信信号Sa(到来波Sa1およびFM波Sa2からなる)に基づいて、到来波Sa1の周波数偏移スペクトルFHSが検出され、その検出された周波数偏移スペクトルFHSがゼロクロスする角度が到来波Sa1の到来方向と推定される。   As described above, in the arrival direction estimation device 100, at least one of the parasitic elements (at least one of the antenna elements 1 to 6) that is radiatively coupled to the feed element (antenna element 7) by electrically switching the reactances of the varactor diodes 11 to 16. Are switched sequentially, and the frequency shift spectrum FHS of the incoming wave Sa1 is detected on the basis of the received signal Sa (consisting of the incoming wave Sa1 and the FM wave Sa2) received by the array antenna 10 at that time. The angle at which the frequency shift spectrum FHS is zero-crossed is estimated as the arrival direction of the incoming wave Sa1.

従って、この発明によれば、給電素子(アンテナ素子7)と結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6)の切換を電気的に行なうことができ、機械的な無給電素子の切換による故障を防止できる。その結果、信頼性および耐久性を向上できる。   Therefore, according to the present invention, the parasitic elements (antenna elements 1 to 6) coupled to the feeding element (antenna element 7) can be switched electrically, and failure due to the switching of the mechanical parasitic elements can be prevented. Can be prevented. As a result, reliability and durability can be improved.

また、給電素子と結合する無給電素子が給電素子の周囲を回転するように順次切換えられる場合にも受信信号は、中心素子である給電素子からのみ検出されるため、受信機までの伝送路を無給電素子ごとに設け、調整する必要がない。   In addition, when a parasitic element coupled with a feeding element is sequentially switched so as to rotate around the feeding element, the received signal is detected only from the feeding element that is the central element. It is not necessary to provide and adjust each parasitic element.

更に、リアクタンスを切換えるための配線をバラクタダイオード11〜16に接続すれば、バラクタダイオード11〜16のリアクタンスを変えることができるので、熟練技術による調整を不要にできる。   Furthermore, if the wiring for switching the reactance is connected to the varactor diodes 11 to 16, the reactance of the varactor diodes 11 to 16 can be changed, so that adjustment by skilled techniques can be made unnecessary.

なお、図7に示すフローチャートにおいては、位相特性が正から負へ変化したか否かによって、周波数偏移Δωが正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωtを到来波Sa1の到来方向と推定するか否かを決定したが(ステップS2〜S4を参照)、この発明は、これに限らず、位相の変化割合が正から負へ変化したとき、周波数偏移Δωが正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωtを到来波Sa1の到来方向と推定し、位相の変化割合が負から正へ変化したとき、周波数偏移Δωが負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωtを到来波Sa1の到来方向と推定するようにしてもよい。 In the flowchart shown in FIG. 7, the angle at which the frequency deviation Δω becomes zero when the frequency deviation Δω is switched from a positive value to a negative value depending on whether or not the phase characteristic has changed from positive to negative. Although it was determined whether or not to estimate ω r t as the arrival direction of the incoming wave Sa1 (see steps S2 to S4), the present invention is not limited to this, and the phase change rate changes from positive to negative The angle ω r t at which the frequency shift Δω becomes zero when the frequency shift Δω is switched from a positive value to a negative value is estimated as the arrival direction of the incoming wave Sa1, and the phase change rate changes from negative to positive. When the frequency shift Δω changes, the angle ω r t at which the frequency shift Δω becomes zero when the frequency shift Δω is switched from a negative value to a positive value may be estimated as the arrival direction of the incoming wave Sa1.

上述した到来方向推定方法を用いたシミュレーションの結果について説明する。   The result of the simulation using the arrival direction estimation method described above will be described.

[シミュレーション1]
図8は、図1に示すアレーアンテナ10の2つのアンテナ素子を結合させた場合のビームの位相特性図である。図8において、縦軸は、位相を表し、横軸は、方位角を表す。2つのアンテナ素子の結合とは、アンテナ素子1〜6のいずれかの1本のアンテナ素子と、アンテナ素子7との結合を言う。
[Simulation 1]
FIG. 8 is a phase characteristic diagram of a beam when two antenna elements of the array antenna 10 shown in FIG. 1 are combined. In FIG. 8, the vertical axis represents the phase, and the horizontal axis represents the azimuth angle. The combination of two antenna elements refers to the combination of one antenna element of antenna elements 1 to 6 and antenna element 7.

この場合、結合切換手段20は、表2に示すリアクタンステーブルXTB1のリアクタンスセットXS11〜XS16に従ってバラクタダイオード11〜16のリアクタンスxm1〜xm6を順次切換える。 In this case, the coupling switching means 20 sequentially switches the reactances x m1 to x m6 of the varactor diodes 11 to 16 according to the reactance sets XS11 to XS16 of the reactance table XTB1 shown in Table 2.

即ち、結合切換手段20は、まず、リアクタンスセットXS11に従って、バラクタダイオード11のリアクタンスxm1を0Ωに設定し、かつ、バラクタダイオード12〜16のリアクタンスxm2〜xm6の全てを457.5Ωに設定する。これにより、アンテナ素子1とアンテナ素子7とが放射結合し、アレーアンテナ10は、ビームBM1をアンテナ素子7からアンテナ素子4の方向へ放射する。 That is, the coupling switching means 20 first sets the reactance x m1 of the varactor diode 11 to 0Ω according to the reactance set XS11, and sets all of the reactances x m2 to x m6 of the varactor diodes 12 to 16 to 457.5Ω. To do. Thereby, the antenna element 1 and the antenna element 7 are radiatively coupled, and the array antenna 10 radiates the beam BM1 from the antenna element 7 toward the antenna element 4.

次に、結合切換手段20は、リアクタンスセットXS12に従って、バラクタダイオード12のリアクタンスxm2を0Ωに設定し、かつ、バラクタダイオード11,13〜16のリアクタンスxm1,xm3〜xm6の全てを457.5Ωに設定する。これにより、アンテナ素子2とアンテナ素子7とが放射結合し、アレーアンテナ10は、ビームBM1をアンテナ素子7からアンテナ素子5の方向へ放射する。 Next, the coupling switching unit 20 sets the reactance x m2 of the varactor diode 12 to 0Ω according to the reactance set XS12, and all the reactances x m1 , x m3 to x m6 of the varactor diodes 11 and 13 to 457 are 457. Set to 5Ω. As a result, the antenna element 2 and the antenna element 7 are radiatively coupled, and the array antenna 10 radiates the beam BM1 from the antenna element 7 toward the antenna element 5.

以下、同様にして、結合切換手段20は、リアクタンスセットXS13〜XS16に従って、バラクタダイオード13〜16のリアクタンスxm3〜xm6を0Ωに順次設定し、その他のバラクタダイオードxm1,xm2,xm4〜xm6;xm1〜xm3,xm5,xm6;xm1〜xm4,xm6;xm1〜xm5のリアクタンスの全てを457.5Ωに順次設定する。これにより、アンテナ素子7は、アンテナ素子3〜6と順次放射結合し、アレーアンテナ10は、ビームBM1をアンテナ素子7からアンテナ素子6の方向、アンテナ素子7からアンテナ素子1の方向、アンテナ素子7からアンテナ素子2の方向、およびアンテナ素子7からアンテナ素子3の方向へ順次放射する。 Similarly, the coupling switching unit 20 sequentially sets the reactances x m3 to x m6 of the varactor diodes 13 to 16 to 0Ω according to the reactance sets XS13 to XS16, and the other varactor diodes x m1 , x m2 and x m4. ~x m6; x m1 ~x m3, x m5, x m6; x m1 ~x m4, x m6; all reactance x m1 ~x m5 sequentially set to 457.5Omu. As a result, the antenna element 7 is sequentially radiatively coupled to the antenna elements 3 to 6, and the array antenna 10 transmits the beam BM1 in the direction from the antenna element 7 to the antenna element 6, the direction from the antenna element 7 to the antenna element 1, and the antenna element 7 To antenna element 2 and antenna element 7 to antenna element 3 in this order.

このように、結合切換手段20がリアクタンスセットXS11〜XS16に従ってバラクタダイオード11〜16のリアクタンスを表2に示すリアクタンスに順次切換えることによって、給電素子(アンテナ素子7)と放射結合する無給電素子がアンテナ素子1〜6へ順次切換わり、アレーアンテナ10は、反時計回りに回転するビームBM1を放射する。   Thus, the coupling switching means 20 sequentially switches the reactances of the varactor diodes 11 to 16 to the reactances shown in Table 2 according to the reactance sets XS11 to XS16, so that the parasitic element that is radiatively coupled to the feed element (antenna element 7) is The elements are sequentially switched to elements 1 to 6, and the array antenna 10 emits a beam BM1 that rotates counterclockwise.

そして、アレーアンテナ10が放射するビームBM1を反時計回りに回転させたときの位相を方位角に対して示したのが曲線k2の位相特性である。このシミュレーションは、アンテナ素子1〜6とアンテナ素子7との間隔が0.25λであり、到来波Sa1の周波数(即ち、中心周波数)が200MHzであり、信号対ノイズ比(SNR)が無限大(∞)であり、到来波Sa1の真の到来方向が0度の方向(アンテナ素子7からアンテナ素子1への方向)である条件において行なわれた。なお、到来波Sa1を「中心周波数成分」と言う。   The phase characteristic of the curve k2 shows the phase when the beam BM1 radiated from the array antenna 10 is rotated counterclockwise with respect to the azimuth angle. In this simulation, the distance between the antenna elements 1 to 6 and the antenna element 7 is 0.25λ, the frequency of the incoming wave Sa1 (that is, the center frequency) is 200 MHz, and the signal-to-noise ratio (SNR) is infinite ( ∞), and the true arrival direction of the incoming wave Sa1 was 0 degrees (direction from the antenna element 7 to the antenna element 1). The incoming wave Sa1 is referred to as a “center frequency component”.

位相特性は、0〜360度の範囲の方位角に対して、約40〜80度の範囲で変化し、2つの極大点および2つの極小点を有する。そして、方位角が0度から60度へ変化することにより、位相は、約40度から約70度へ変化し、位相の変化割合は、正になる。また、方位角が60度から120度へ変化することにより、位相は、約80度から約70度へ変化し、位相の変化割合は、負になる。   The phase characteristic varies in a range of about 40 to 80 degrees with respect to an azimuth angle in the range of 0 to 360 degrees, and has two local maximum points and two local minimum points. When the azimuth angle changes from 0 degrees to 60 degrees, the phase changes from about 40 degrees to about 70 degrees, and the phase change rate becomes positive. Further, when the azimuth angle changes from 60 degrees to 120 degrees, the phase changes from about 80 degrees to about 70 degrees, and the phase change rate becomes negative.

図9は、図1に示すアレーアンテナ10の2つのアンテナ素子を結合させた場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。図9において、縦軸は、受信電力スペクトルを表し、横軸は、周波数を表す。受信電力スペクトルは、到来波Sa1の周波数(=200MHz)に対応する成分SS1と、周波数偏移(FM波Sa2)に対応する成分SS2〜SS6とを有する。   FIG. 9 is a diagram showing the frequency dependence of the received power spectrum when the two antenna elements of the array antenna 10 shown in FIG. 1 are combined. In FIG. 9, the vertical axis represents the received power spectrum, and the horizontal axis represents the frequency. The received power spectrum has a component SS1 corresponding to the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1 and components SS2 to SS6 corresponding to the frequency shift (FM wave Sa2).

図10は、図1に示すアレーアンテナ10の2つのアンテナ素子を結合させた場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。図10において、縦軸は、位相差(=周波数偏移)を表し、横軸は、方位角を表す。また、図10は、ビームBM1を反時計回りに2回転させたときの周波数偏移を示す。   FIG. 10 is a diagram showing a frequency shift spectrum when two antenna elements of the array antenna 10 shown in FIG. 1 are combined. In FIG. 10, the vertical axis represents the phase difference (= frequency shift), and the horizontal axis represents the azimuth angle. FIG. 10 shows a frequency shift when the beam BM1 is rotated twice counterclockwise.

上述したように、位相の変化割合は、0度〜60度の範囲において正であり、60〜120度の範囲において負であるので、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を到来波Sa1の到来方向と推定すべきであるが、アレーアンテナ10において、2つのアンテナ素子を放射結合させた場合、アレーアンテナ10が放射するビームBM1は、図8に示すように到来波Sa1の到来方向(矢印で示す方法)と反対方向である。従って、周波数偏移が負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を到来波Sa1の到来方向と推定する。   As described above, since the phase change rate is positive in the range of 0 to 60 degrees and negative in the range of 60 to 120 degrees, the frequency shift is switched from a positive value to a negative value. The azimuth angle at which the frequency shift is zero should be estimated as the arrival direction of the incoming wave Sa1, but in the array antenna 10, when two antenna elements are radiatively coupled, the beam BM1 emitted by the array antenna 10 is As shown in FIG. 8, the direction of arrival of the incoming wave Sa1 is opposite to the direction indicated by the arrow. Therefore, the azimuth angle at which the frequency shift becomes zero when the frequency shift is switched from a negative value to a positive value is estimated as the arrival direction of the incoming wave Sa1.

その結果、図10に示す結果から0度および180度の方向が到来方向と推定された。このように、2つの到来方向が存在するのは、図8に示すように、ビームBM1の位相特性が2つの極大点および2つの極小点を有するからである。   As a result, directions of 0 degrees and 180 degrees were estimated as directions of arrival from the results shown in FIG. Thus, the two arrival directions exist because the phase characteristic of the beam BM1 has two local maximum points and two local minimum points as shown in FIG.

このように、給電素子(アンテナ素子7)と無給電素子(アンテナ素子1〜6)とからなるアレーアンテナ10において、2本のアンテナ素子(給電素子と1本の無給電素子)を放射結合させた場合、周波数偏移がゼロになる方位角を到来波の到来方向と推定できる。   In this manner, in the array antenna 10 composed of the feeding element (antenna element 7) and the parasitic elements (antenna elements 1 to 6), two antenna elements (feeding element and one parasitic element) are radiatively coupled. In this case, the azimuth angle at which the frequency shift is zero can be estimated as the arrival direction of the incoming wave.

図11は、2つのアンテナ素子からなる2素子アレーアンテナにおけるビームの位相特性図である。アレーアンテナ60は、アンテナ素子61〜67と、接地板68とを含む。接地板68は、円形の導電性金属材料からなる。そして、アンテナ素子61〜67は、接地板68に略垂直(紙面に垂直な方向)に配置され、それぞれ、アレーアンテナ10のアンテナ素子1〜7の位置に対応する位置に配置される。そして、アンテナ素子61〜66とアンテナ素子67との間隔rは、0.25λである。   FIG. 11 is a phase characteristic diagram of a beam in a two-element array antenna composed of two antenna elements. Array antenna 60 includes antenna elements 61 to 67 and a ground plate 68. The ground plate 68 is made of a circular conductive metal material. The antenna elements 61 to 67 are disposed substantially perpendicular to the ground plate 68 (in a direction perpendicular to the paper surface), and are disposed at positions corresponding to the positions of the antenna elements 1 to 7 of the array antenna 10, respectively. The distance r between the antenna elements 61 to 66 and the antenna element 67 is 0.25λ.

アンテナ素子67をアンテナ素子61に連結し、その連結したアンテナ素子61,67に給電することにより、2素子アレーアンテナが形成される。従って、アンテナ素子61〜66とアンテナ素子67との間に6個のスイッチ(図示せず)を設け、その設けた6個のスイッチを順次切換えることにより、アンテナ素子67と連結する1本のアンテナ素子(アンテナ素子61〜66のいずれか1本のアンテナ素子)を切換えることができる。即ち、2素子アレーアンテナをアンテナ素子67を中心にして反時計回りに回転させることができる。そして、アンテナ素子61とアンテナ素子67とを連結した場合、2素子アレーアンテナは、ビームBM2を放射する。   By connecting the antenna element 67 to the antenna element 61 and feeding power to the connected antenna elements 61 and 67, a two-element array antenna is formed. Therefore, six antennas (not shown) are provided between the antenna elements 61 to 66 and the antenna element 67, and one antenna connected to the antenna element 67 is switched by sequentially switching the six switches. The element (any one of the antenna elements 61 to 66) can be switched. That is, the two-element array antenna can be rotated counterclockwise about the antenna element 67. When the antenna element 61 and the antenna element 67 are connected, the two-element array antenna radiates the beam BM2.

2素子アレーアンテナが放射するビームBM2を反時計回りに回転させたときの位相を方位角に対して示したのが曲線k3の位相特性である。このシミュレーションにおける条件は、図8〜図10に示すシミュレーション結果が得られたときのシミュレーション条件と同じである。   The phase characteristic of the curve k3 shows the phase when the beam BM2 radiated from the two-element array antenna is rotated counterclockwise with respect to the azimuth angle. The conditions in this simulation are the same as the simulation conditions when the simulation results shown in FIGS.

位相特性は、0度〜360度の範囲の方位角に対して、約20度〜80度の範囲で変化し、2つの極大点および2つの極小点を有する。また、位相の変化割合は、0〜60度の範囲において正であり、60〜120度の範囲において負である。この結果は、図8に示す結果と同じである。   The phase characteristic varies in a range of about 20 degrees to 80 degrees with respect to an azimuth angle in the range of 0 degrees to 360 degrees, and has two local maximum points and two local minimum points. The phase change ratio is positive in the range of 0 to 60 degrees and negative in the range of 60 to 120 degrees. This result is the same as the result shown in FIG.

図12は、2つのアンテナ素子からなる2素子アレーアンテナにおける受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。図12において、縦軸は、受信電力スペクトルを表し、横軸は、周波数を表す。受信電力スペクトルは、到来波Sa1の周波数(=200MHz)に対応する成分SS7と、周波数偏移(FM波Sa2)に対応する成分SS8〜SS12とを有する。この結果は、図9に示す結果と同じである。   FIG. 12 is a diagram showing the frequency dependence of the received power spectrum in a two-element array antenna composed of two antenna elements. In FIG. 12, the vertical axis represents the received power spectrum, and the horizontal axis represents the frequency. The received power spectrum has a component SS7 corresponding to the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1 and components SS8 to SS12 corresponding to the frequency shift (FM wave Sa2). This result is the same as the result shown in FIG.

図13は、2つのアンテナ素子からなる2素子アレーアンテナにおける周波数偏移スペクトルを示す図である。図13において、縦軸は、位相差(=周波数偏移)を表し、横軸は、方位角を表す。また、図13は、ビームBM1を反時計回りに2回転させたときの周波数偏移を示す。   FIG. 13 is a diagram showing a frequency shift spectrum in a two-element array antenna composed of two antenna elements. In FIG. 13, the vertical axis represents the phase difference (= frequency shift), and the horizontal axis represents the azimuth angle. FIG. 13 shows a frequency shift when the beam BM1 is rotated twice counterclockwise.

2素子アレーアンテナが放射するビームBM2を反時計回りに回転させたとき、アレーアンテナ60が放射するビームBM2は、図11に示すように到来波Sa1の到来方向(矢印で示す方法)と反対方向である。従って、周波数偏移が負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を到来波Sa1の到来方向と推定する。   When the beam BM2 radiated by the two-element array antenna is rotated counterclockwise, the beam BM2 radiated by the array antenna 60 is opposite to the arrival direction (indicated by the arrow) of the incoming wave Sa1, as shown in FIG. It is. Therefore, the azimuth angle at which the frequency shift becomes zero when the frequency shift is switched from a negative value to a positive value is estimated as the arrival direction of the incoming wave Sa1.

その結果、図13に示す結果から0度および180度の方向が到来波Sa1の到来方向と推定された。この結果は、図10に示す結果と同じである。   As a result, directions of 0 degrees and 180 degrees were estimated as the arrival directions of the incoming wave Sa1 from the results shown in FIG. This result is the same as the result shown in FIG.

上述したように、アレーアンテナ10において、給電素子(アンテナ素子7)と放射結合する1本の無給電素子(アンテナ素子1〜6のいずれか)を反時計回りに回転させて到来波Sa1の到来方向を推定した結果は、2素子アレーアンテナを反時計回りに回転させて到来波Sa1の到来方向を推定した結果と同じである。   As described above, in array antenna 10, one parasitic element (any one of antenna elements 1 to 6) that radiates and couples to the feed element (antenna element 7) is rotated counterclockwise to arrive the incoming wave Sa1. The result of estimating the direction is the same as the result of estimating the arrival direction of the incoming wave Sa1 by rotating the two-element array antenna counterclockwise.

従って、アレーアンテナ10において、給電素子(アンテナ素子7)と放射結合する1本の無給電素子(アンテナ素子1〜6のいずれか)を反時計回りに回転させたときの受信信号Saの周波数偏移を検出することにより、到来波Sa1の到来方向を推定できることが解った。   Therefore, in the array antenna 10, the frequency deviation of the received signal Sa when one parasitic element (any one of the antenna elements 1 to 6) radiatively coupled with the feeding element (antenna element 7) is rotated counterclockwise. It was found that the arrival direction of the incoming wave Sa1 can be estimated by detecting the shift.

[シミュレーション2]
図14は、図1に示すアレーアンテナ10における給電素子と無給電素子との間隔をシミュレーション1の場合よりも広くした場合のビームの位相特性図である。また、図15は、図1に示すアレーアンテナ10における給電素子と無給電素子との間隔をシミュレーション1の場合よりも広くした場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。更に、図16は、図1に示すアレーアンテナ10における給電素子と無給電素子との間隔をシミュレーション1の場合よりも広くした場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。
[Simulation 2]
FIG. 14 is a phase characteristic diagram of the beam when the distance between the feeding element and the parasitic element in the array antenna 10 shown in FIG. FIG. 15 is a diagram showing the frequency dependence of the received power spectrum when the distance between the feeding element and the parasitic element in the array antenna 10 shown in FIG. Further, FIG. 16 is a diagram showing a frequency shift spectrum when the distance between the feed element and the parasitic element in the array antenna 10 shown in FIG.

シミュレーション2における給電素子(アンテナ素子7)と無給電素子(アンテナ素子1〜6)との間隔は、0.383λである。また、シミュレーション2におけるシミュレーション条件は、シミュレーション1におけるシミュレーション条件と同じである。   The interval between the feeding element (antenna element 7) and the parasitic element (antenna elements 1 to 6) in the simulation 2 is 0.383λ. Moreover, the simulation conditions in the simulation 2 are the same as the simulation conditions in the simulation 1.

図14において、縦軸は、位相を表し、横軸は、方位角を表す。給電素子(アンテナ素子7)と放射結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6のいずれか)をリアクタンスセットXS11〜XS16に従って順次切換えたときの位相特性は、曲線k4によって示される。そして、ビームBM1の位相は、0〜360度の範囲の方位角に対して約40度〜90度の範囲で変化し、2つの極大点および2つの極小点を有する。また、位相の変化割合は、0〜60度の範囲において正であり、60〜120度の範囲において負である。この結果は、図8に示す結果とほぼ同じである。   In FIG. 14, the vertical axis represents the phase, and the horizontal axis represents the azimuth angle. A phase characteristic when the parasitic element (any one of the antenna elements 1 to 6) radiatively coupled to the feeding element (antenna element 7) is sequentially switched according to the reactance set XS11 to XS16 is indicated by a curve k4. The phase of the beam BM1 changes in the range of about 40 degrees to 90 degrees with respect to the azimuth angle in the range of 0 to 360 degrees, and has two local maximum points and two local minimum points. The phase change ratio is positive in the range of 0 to 60 degrees and negative in the range of 60 to 120 degrees. This result is almost the same as the result shown in FIG.

図15において、縦軸は、受信電力スペクトルを表し、横軸は、方位角を表す。受信電力スペクトルは、到来波Sa1の周波数(=200MHz)に対応する成分SS13と、周波数偏移(FM波Sa2)に対応する成分SS14〜SS18とを有する。この結果は、図9に示す結果とほぼ同じである。   In FIG. 15, the vertical axis represents the received power spectrum, and the horizontal axis represents the azimuth angle. The received power spectrum includes a component SS13 corresponding to the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1 and components SS14 to SS18 corresponding to the frequency shift (FM wave Sa2). This result is almost the same as the result shown in FIG.

図16において、縦軸は、位相差(=周波数偏移)を表し、横軸は、方位角を表す。また、図16は、ビームBM1を反時計回りに2回転させたときの周波数偏移を示す。上述したように、位相の変化割合は、正から負に変わるので、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を到来波Sa1の到来方向と推定すべきであるが、ビームBM1は、到来波Sa1の到来方向と反対方向を向いているので(図8参照)、周波数偏移が負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を到来波Sa1の到来方向と推定する。その結果、0度の方向が到来波Sa1の到来方向と推定された。   In FIG. 16, the vertical axis represents a phase difference (= frequency shift), and the horizontal axis represents an azimuth angle. FIG. 16 shows a frequency shift when the beam BM1 is rotated twice counterclockwise. As described above, since the phase change rate changes from positive to negative, the azimuth angle at which the frequency shift becomes zero when the frequency shift is switched from a positive value to a negative value is the arrival direction of the incoming wave Sa1. However, since the beam BM1 is directed in the opposite direction to the arrival direction of the incoming wave Sa1 (see FIG. 8), the frequency deviation is changed when the frequency deviation is switched from a negative value to a positive value. The azimuth angle at which the shift is zero is estimated as the arrival direction of the incoming wave Sa1. As a result, the direction of 0 degree was estimated as the arrival direction of the incoming wave Sa1.

図17は、到来波Sa1の周波数成分を除去した場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。図17において、縦軸は、受信電力スペクトルを表し、横軸は、周波数を表す。受信電力スペクトルは、到来波Sa1に対応する周波数成分を有さず、周波数偏移(FM波Sa2)に対応する成分SS19〜SS23を有する。   FIG. 17 is a diagram illustrating the frequency dependence of the received power spectrum when the frequency component of the incoming wave Sa1 is removed. In FIG. 17, the vertical axis represents the received power spectrum, and the horizontal axis represents the frequency. The received power spectrum does not have a frequency component corresponding to the incoming wave Sa1, but has components SS19 to SS23 corresponding to the frequency shift (FM wave Sa2).

図18は、到来波Sa1の周波数成分を除去した場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。図18において、縦軸は、位相差(=周波数偏移)を表し、横軸は、方位角を表す。図18に示す結果から、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる0度の方位角が到来波Sa1の到来方向と推定された。   FIG. 18 is a diagram showing a frequency shift spectrum when the frequency component of the incoming wave Sa1 is removed. In FIG. 18, the vertical axis represents a phase difference (= frequency shift), and the horizontal axis represents an azimuth angle. From the results shown in FIG. 18, it was estimated that the azimuth angle of 0 degrees at which the frequency shift becomes zero when the frequency shift is switched from a positive value to a negative value is the arrival direction of the incoming wave Sa1.

このように、アレーアンテナ10のうち、2つのアンテナ素子を放射結合させた場合、到来波Sa1の周波数成分(=中心周波数成分)を抑圧することにより、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を到来波Sa1の到来方向と推定できる。   Thus, when two antenna elements of the array antenna 10 are radiatively coupled, the frequency shift of the incoming wave Sa1 is suppressed from a positive value to a negative value by suppressing the frequency component (= center frequency component) of the incoming wave Sa1. It can be estimated that the azimuth angle at which the frequency shift becomes zero when switching to is the arrival direction of the incoming wave Sa1.

従って、到来方向推定装置100は、アレーアンテナ10のうち、2つのアンテナ素子を放射結合させて到来波Sa1の到来方向を推定するとき、到来波Sa1の周波数成分(=中心周波数成分)を抑圧する帯域阻止フィルタを増幅器30と周波数偏移検出手段40との間に含む。   Therefore, the arrival direction estimation apparatus 100 suppresses the frequency component (= center frequency component) of the arrival wave Sa1 when estimating the arrival direction of the arrival wave Sa1 by radiating and coupling two antenna elements of the array antenna 10. A bandstop filter is included between the amplifier 30 and the frequency shift detector 40.

図19は、素子間結合がないアンテナを用いた場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。アンテナ70は、アンテナ素子71〜77と、接地板78とを含む。接地板78は、円形の導電性金属材料からなる。アンテナ素子71〜77は、接地板78に略垂直(紙面に垂直な方向)に配置され、それぞれ、アレーアンテナ10のアンテナ素子1〜7の位置に対応する位置に配置される。そして、アンテナ素子71〜76とアンテナ素子77との間隔rは、0.25λである。   FIG. 19 is a diagram illustrating the frequency dependence of the received power spectrum when an antenna without inter-element coupling is used. The antenna 70 includes antenna elements 71 to 77 and a ground plate 78. The ground plate 78 is made of a circular conductive metal material. The antenna elements 71 to 77 are arranged substantially perpendicular to the ground plate 78 (direction perpendicular to the paper surface), and are arranged at positions corresponding to the positions of the antenna elements 1 to 7 of the array antenna 10, respectively. The distance r between the antenna elements 71 to 76 and the antenna element 77 is 0.25λ.

アンテナ70は、アンテナ素子77の周囲に配置されたアンテナ素子71〜76の各々が独立して受信信号Saを受信できるとともに、中心に配置されたアンテナ素子77も独立して受信信号Saを受信できるアンテナである。つまり、アンテナ70は、アンテナ素子71〜77の各々が独立して受信信号Saを受信し、アンテナ素子71〜77の各々から受信信号Saを出力するアンテナである。   In the antenna 70, each of the antenna elements 71 to 76 arranged around the antenna element 77 can receive the reception signal Sa independently, and the antenna element 77 arranged in the center can also receive the reception signal Sa independently. It is an antenna. That is, the antenna 70 is an antenna in which each of the antenna elements 71 to 77 independently receives the reception signal Sa and outputs the reception signal Sa from each of the antenna elements 71 to 77.

一方、図1に示すアレーアンテナ10は、アンテナ素子1〜6の少なくとも1つのアンテナ素子とアンテナ素子7とが放射結合して受信信号Saを受信し、アンテナ素子7から受信信号Saを出力するアンテナである。   On the other hand, the array antenna 10 shown in FIG. 1 receives at least one antenna element from the antenna elements 1 to 6 and the antenna element 7 to receive the received signal Sa and outputs the received signal Sa from the antenna element 7. It is.

アンテナ素子71〜76とアンテナ素子77とを放射結合させずに、アンテナ素子71〜76のうちで受信信号を受信するアンテナを順次切換えながらアンテナ素子71〜76のいずれかで受信信号を受信したときの受信電力スペクトルの周波数依存性を示したのが図19に示す結果である。   When a received signal is received by any one of the antenna elements 71 to 76 while sequentially switching the antenna that receives the received signal among the antenna elements 71 to 76 without radiating and coupling the antenna elements 71 to 76 and the antenna element 77. FIG. 19 shows the frequency dependence of the received power spectrum.

受信電力スペクトルは、到来波Sa1の周波数に対応する成分SS24と、周波数偏移(FM波Sa2)に対応する成分SS25〜SS29とを有する。   The received power spectrum has a component SS24 corresponding to the frequency of the incoming wave Sa1, and components SS25 to SS29 corresponding to the frequency shift (FM wave Sa2).

図20は、素子間結合がないアンテナを用いた場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。図20において、縦軸は、位相差(=周波数偏移)を表し、横軸は、方位角を表す。図20に示す結果から、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる0度の方位角が到来波Sa1の到来方向と推定された。   FIG. 20 is a diagram showing a frequency shift spectrum when an antenna without inter-element coupling is used. In FIG. 20, the vertical axis represents the phase difference (= frequency shift), and the horizontal axis represents the azimuth angle. From the results shown in FIG. 20, it was estimated that the azimuth angle of 0 degree at which the frequency shift becomes zero when the frequency shift is switched from a positive value to a negative value is the arrival direction of the incoming wave Sa1.

このように、アレーアンテナ10のアンテナ素子1〜7の配置と同じ配置を有し、素子間結合がないアンテナ70を用いて周波数偏移を検出し、その検出した周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を検出することにより、到来波Sa1の到来方向を推定できる。   Thus, the frequency deviation is detected using the antenna 70 having the same arrangement as the antenna elements 1 to 7 of the array antenna 10 and having no inter-element coupling, and the detected frequency deviation is determined from a positive value. By detecting the azimuth angle at which the frequency shift is zero when switching to a negative value, the arrival direction of the incoming wave Sa1 can be estimated.

図21は、素子間結合がないアンテナにおいてアンテナ素子の間隔を広くした場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。図21において、縦軸は、受信電力スペクトルを表し、横軸は、周波数を表す。また、図21においては、アンテナ70のアンテナ素子71〜76とアンテナ素子77との間隔rは、0.383λに設定された。   FIG. 21 is a diagram showing the frequency dependence of the received power spectrum when the distance between antenna elements is widened in an antenna having no inter-element coupling. In FIG. 21, the vertical axis represents the received power spectrum, and the horizontal axis represents the frequency. In FIG. 21, the distance r between the antenna elements 71 to 76 of the antenna 70 and the antenna element 77 is set to 0.383λ.

受信電力スペクトルは、到来波Sa1の周波数(=200MHz)に対応する成分を有さず、周波数偏移(FM波Sa2)に対応する成分SS30〜SS34を有する。このように、アンテナ素子71〜76とアンテナ素子77との間隔rを0.383λに設定することにより、到来波Sa1の周波数(=200MHz)に対応した成分を除去して周波数偏移(FM波Sa2)に対応する成分SS30〜SS34のみを検出することができる。   The received power spectrum does not have a component corresponding to the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1, but has components SS30 to SS34 corresponding to the frequency shift (FM wave Sa2). In this way, by setting the interval r between the antenna elements 71 to 76 and the antenna element 77 to 0.383λ, the component corresponding to the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1 is removed, and the frequency shift (FM wave) Only the components SS30 to SS34 corresponding to Sa2) can be detected.

そして、周波数偏移に対応する成分SS30〜SS34のうち、成分SS32〜SS34は、アンテナ素子71〜76とアンテナ素子77との間隔rが0.25λである場合(図19参照)よりも大きくなる。   Of the components SS30 to SS34 corresponding to the frequency shift, the components SS32 to SS34 are larger than when the distance r between the antenna elements 71 to 76 and the antenna element 77 is 0.25λ (see FIG. 19). .

図22は、素子間結合がないアンテナにおいてアンテナ素子の間隔を広くした場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。図22において、縦軸は、位相差(=周波数偏移)を表し、横軸は、方位角を表す。図22に示す周波数偏移は、図20に示す周波数偏移よりも大きい。このように、到来波Sa1の周波数(=200MHz)に対応する成分を除去することにより、より大きな周波数偏移を検出できる。   FIG. 22 is a diagram showing a frequency shift spectrum when an antenna element interval is widened in an antenna having no inter-element coupling. In FIG. 22, the vertical axis represents the phase difference (= frequency shift), and the horizontal axis represents the azimuth angle. The frequency deviation shown in FIG. 22 is larger than the frequency deviation shown in FIG. Thus, a larger frequency shift can be detected by removing the component corresponding to the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1.

図22に示す結果から、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる0度の方位角が到来波Sa1の到来方向と推定された。   From the results shown in FIG. 22, it was estimated that the azimuth angle of 0 degrees at which the frequency shift becomes zero when the frequency shift is switched from a positive value to a negative value is the arrival direction of the incoming wave Sa1.

このように、アンテナ素子71〜76とアンテナ素子77との間隔rを0.383λに設定することにより、到来波Sa1の周波数(=200MHz)に対応する成分を除去でき、より大きな周波数偏移を検出できるので、到来波Sa1の到来方向を正確に推定できる。   In this way, by setting the distance r between the antenna elements 71 to 76 and the antenna element 77 to 0.383λ, a component corresponding to the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1 can be removed, and a larger frequency shift can be achieved. Since it can be detected, the arrival direction of the incoming wave Sa1 can be accurately estimated.

アレーアンテナ10は、到来波Sa1とFM波Sa2(FM波Sa21,Sa22からなる)とが混在した受信信号Saを1本の給電素子(アンテナ素子7)によって受信するので、アンテナ素子1〜6とアンテナ素子7との間隔rを0.383λに設定しても、図15に示すように、アレーアンテナ10は、到来波Sa1の周波数(=200MHz)に対応する成分SS13と、周波数偏移(FM波Sa2)に対応する成分SS14〜SS18とを検出する。   The array antenna 10 receives the reception signal Sa in which the incoming wave Sa1 and the FM wave Sa2 (consisting of the FM waves Sa21 and Sa22) are mixed by a single feeding element (antenna element 7). Even if the interval r to the antenna element 7 is set to 0.383λ, as shown in FIG. 15, the array antenna 10 has a component SS13 corresponding to the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1 and a frequency shift (FM). The components SS14 to SS18 corresponding to the wave Sa2) are detected.

そこで、アレーアンテナ10によって受信された受信信号Sa(到来波Sa1とFM波Sa2とからなる)を帯域阻止フィルタに通して到来波Sa1の周波数(=200MHz)に対応する成分SS13を除去することにより、周波数偏移(FM波Sa2)に対応する成分SS19〜SS23が大きくなる(図17参照)。その結果、図18に示すように、より大きな周波数偏移を検出でき、到来波Sa1の到来方向を正確に推定できる。そして、図18に示す周波数偏移は、図22に示す周波数偏移とほぼ同じ大きさを有する。   Therefore, by passing the received signal Sa (consisting of the incoming wave Sa1 and the FM wave Sa2) received by the array antenna 10 through a band rejection filter, the component SS13 corresponding to the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1 is removed. The components SS19 to SS23 corresponding to the frequency shift (FM wave Sa2) become large (see FIG. 17). As a result, as shown in FIG. 18, a larger frequency shift can be detected, and the arrival direction of the incoming wave Sa1 can be accurately estimated. The frequency shift shown in FIG. 18 has almost the same magnitude as the frequency shift shown in FIG.

従って、アレーアンテナ10のうち、2つのアンテナ素子を放射結合させて到来波Sa1の到来方向を推定する場合、到来波Sa1の周波数(=200MHz)を除去する帯域阻止フィルタを設けることによって、アンテナ素子71〜76とアンテナ素子77との間隔rを0.383λに設定して到来波Sa1の周波数(=200MHz)に対応する成分を検出しないアンテナ70と同様の精度で到来波Sa1の到来方向を推定できる。   Therefore, when the arrival direction of the incoming wave Sa1 is estimated by radiatively coupling two antenna elements of the array antenna 10, a band rejection filter for removing the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1 is provided. The distance r between 71 to 76 and the antenna element 77 is set to 0.383λ, and the arrival direction of the incoming wave Sa1 is estimated with the same accuracy as the antenna 70 that does not detect the component corresponding to the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1. it can.

この場合、到来方向推定装置100は、アンテナ素子1〜6とアンテナ素子7との間隔が素子間結合のないアンテナ70において周波数偏移が略ゼロである到来波Sa1の成分を抑制する間隔に設定され、増幅器30と周波数偏移検出手段40との間に帯域阻止フィルタを含む構成を有する。   In this case, the arrival direction estimation apparatus 100 sets the interval between the antenna elements 1 to 6 and the antenna element 7 to an interval that suppresses the component of the incoming wave Sa1 whose frequency shift is substantially zero in the antenna 70 having no inter-element coupling. And has a configuration including a band rejection filter between the amplifier 30 and the frequency shift detection means 40.

[シミュレーション3]
図23は、図1に示すアレーアンテナ10の全てのアンテナ素子を結合させた場合のビームの位相特性図である。図23において、縦軸は、位相を表し、横軸は、方位角を表す。全てのアンテナ素子の結合とは、アンテナ素子1〜6と、アンテナ素子7とが結合していることを言う。但し、アンテナ素子1〜6の全てが同じ割合でアンテナ素子7と結合しているわけではなく、アンテナ素子1〜6のいずれか1本のアンテナ素子がアンテナ素子7と強く結合しており、その他のアンテナ素子がアンテナ素子7と弱く結合している。
[Simulation 3]
FIG. 23 is a phase characteristic diagram of a beam when all the antenna elements of the array antenna 10 shown in FIG. 1 are combined. In FIG. 23, the vertical axis represents the phase, and the horizontal axis represents the azimuth angle. The coupling of all antenna elements means that the antenna elements 1 to 6 and the antenna element 7 are coupled. However, not all of the antenna elements 1 to 6 are coupled to the antenna element 7 at the same ratio, and any one of the antenna elements 1 to 6 is strongly coupled to the antenna element 7. These antenna elements are weakly coupled to the antenna element 7.

なお、アンテナ素子1〜6とアンテナ素子7との間隔rは、0.25λであり、シミュレーション条件は、上述したシミュレーション1のシミュレーション条件と同じである。   The interval r between the antenna elements 1 to 6 and the antenna element 7 is 0.25λ, and the simulation conditions are the same as the simulation conditions of the simulation 1 described above.

この場合、結合切換手段20は、表3に示すリアクタンステーブルXTB2のリアクタンスセットXS21〜XS26に従ってバラクタダイオード11〜16のリアクタンスxm1〜xm6を順次切換える。 In this case, the coupling switching means 20 sequentially switches the reactances x m1 to x m6 of the varactor diodes 11 to 16 according to the reactance sets XS21 to XS26 of the reactance table XTB2 shown in Table 3.

即ち、結合切換手段20は、まず、リアクタンスセットXS21に従って、バラクタダイオード11のリアクタンスxm1を−90Ωに設定し、かつ、バラクタダイオード12〜16のリアクタンスxm2〜xm6の全てを30Ωに設定する。これにより、アンテナ素子1とアンテナ素子7とが強く放射結合するとともにアンテナ素子2〜6とアンテナ素子7とが弱く放射結合する。 That is, the coupling switching means 20 first sets the reactance x m1 of the varactor diode 11 to −90Ω according to the reactance set XS21, and sets all of the reactances x m2 to x m6 of the varactor diodes 12 to 16 to 30Ω. . Thereby, the antenna element 1 and the antenna element 7 are strongly radiatively coupled, and the antenna elements 2 to 6 and the antenna element 7 are weakly radiatively coupled.

次に、結合切換手段20は、リアクタンスセットXS22に従って、バラクタダイオード12のリアクタンスxm2を−90Ωに設定し、かつ、バラクタダイオード11,13〜16のリアクタンスxm1,xm3〜xm6の全てを30Ωに設定する。これにより、アンテナ素子2とアンテナ素子7とが強く放射結合するとともにアンテナ素子1,3〜6とアンテナ素子7とが弱く放射結合する。 Next, the coupling switching unit 20 sets the reactance x m2 of the varactor diode 12 to −90Ω according to the reactance set XS22, and all the reactances x m1 , x m3 to x m6 of the varactor diodes 11 and 13 to 16 are set. Set to 30Ω. Thereby, the antenna element 2 and the antenna element 7 are strongly radiatively coupled, and the antenna elements 1, 3 to 6 and the antenna element 7 are weakly radiatively coupled.

以下、同様にして、結合切換手段20は、リアクタンスセットXS23〜XS26に従って、バラクタダイオード13〜16のリアクタンスxm3〜xm6を−90Ωに順次設定し、その他のバラクタダイオードxm1,xm2,xm4〜xm6;xm1〜xm3,xm5,xm6;xm1〜xm4,xm6;xm1〜xm5のリアクタンスの全てを30Ωに順次設定する。これにより、アンテナ素子7は、アンテナ素子3〜6と、順次、強く放射結合するとともにアンテナ素子1,2,4〜6;1〜3,5,6;1〜4,6;1〜5と、順次、弱く放射結合する。 Hereinafter, similarly, the coupling switching unit 20 sequentially sets the reactances x m3 to x m6 of the varactor diodes 13 to 16 to −90Ω according to the reactance sets XS23 to XS26, and the other varactor diodes x m1 , x m2 , x m4 ~x m6; x m1 ~x m3 , x m5, x m6; x m1 ~x m4, x m6; all reactance x m1 ~x m5 sequentially set to 30 [Omega. As a result, the antenna element 7 is successively strongly coupled to the antenna elements 3 to 6 and the antenna elements 1, 2, 4 to 6; 1 to 3, 5 and 6; 1 to 4 and 6; Sequentially weakly radiatively couple.

このように、結合切換手段20がリアクタンスセットXS21〜XS26に従ってバラクタダイオード11〜16のリアクタンスを表3に示すリアクタンスに順次切換えることによって、給電素子(アンテナ素子7)と強く放射結合する無給電素子がアンテナ素子1〜6へ順次切換わり、アレーアンテナ10は、反時計回りに回転するビームを放射する。   As described above, the coupling switching means 20 sequentially switches the reactances of the varactor diodes 11 to 16 to the reactances shown in Table 3 according to the reactance sets XS21 to XS26. The antenna elements 1 to 6 are sequentially switched, and the array antenna 10 radiates a beam that rotates counterclockwise.

そして、アレーアンテナ10が放射するビームを反時計回りに回転させたときの位相を方位角に対して示したのが曲線k5の位相特性である。   The phase characteristic of the curve k5 shows the phase when the beam radiated from the array antenna 10 is rotated counterclockwise with respect to the azimuth angle.

位相特性は、0〜360度の範囲の方位角に対して、約15度〜約−220度の範囲で変化し、1つの極大点および1つの極小点を有する。そして、方位角が0度から60度へ変化することにより、位相は、正から負に変化する。なお、図23においては、方位角が約100度〜約260度の範囲において、位相は、約140度〜約180度の範囲で変化するように示されているが、これは、表示上の問題であり、実際には、位相は、方位角が約100度〜約260度の範囲において、約−180度〜約−220度の範囲で変化する。   The phase characteristic varies in a range of about 15 degrees to about −220 degrees with respect to an azimuth angle in the range of 0 to 360 degrees, and has one local maximum point and one local minimum point. Then, when the azimuth angle changes from 0 degree to 60 degrees, the phase changes from positive to negative. In FIG. 23, the phase is shown to change in the range of about 140 degrees to about 180 degrees when the azimuth angle is in the range of about 100 degrees to about 260 degrees. In practice, the phase varies in the range of about -180 degrees to about -220 degrees in the range of azimuth angles of about 100 degrees to about 260 degrees.

図24は、図1に示すアレーアンテナ10の全てのアンテナ素子を結合させた場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。図24において、縦軸は、受信電力スペクトルを表し、横軸は、周波数を表す。受信電力スペクトルは、到来波Sa1の周波数(=200MHz)に対応する成分SS35と、周波数偏移(FM波Sa2)に対応する成分SS36〜SS40とを有する。そして、到来波Sa1の周波数(=200MHz)に対応する成分SS35は、周波数偏移(FM波Sa2)に対応する成分SS36〜SS40よりも小さい。   FIG. 24 is a diagram showing the frequency dependence of the received power spectrum when all the antenna elements of the array antenna 10 shown in FIG. 1 are combined. In FIG. 24, the vertical axis represents the received power spectrum, and the horizontal axis represents the frequency. The received power spectrum has a component SS35 corresponding to the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1 and components SS36 to SS40 corresponding to the frequency shift (FM wave Sa2). The component SS35 corresponding to the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1 is smaller than the components SS36 to SS40 corresponding to the frequency shift (FM wave Sa2).

このように、アレーアンテナ10のアンテナ素子1〜7の全てを放射結合させることによって、到来波Sa1の周波数(=200MHz)に対応する成分SS35を抑制し、周波数偏移(FM波Sa2)に対応する成分SS36〜SS40を大きくできる場合がある。また、アンテナ素子1〜7の全てを放射結合させることによってビームの指向性利得を向上させることができる。   In this way, by radiatively coupling all the antenna elements 1 to 7 of the array antenna 10, the component SS35 corresponding to the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1 is suppressed, and the frequency shift (FM wave Sa2) is supported. In some cases, the components SS36 to SS40 to be increased can be increased. Further, the beam directivity gain can be improved by radiatively coupling all of the antenna elements 1 to 7.

図25は、図1に示すアレーアンテナ10の全てのアンテナ素子を結合させた場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。図25において、縦軸は、位相差(=周波数偏移)を表し、横軸は、方位角を表す。また、図25は、ビームを反時計回りに2回転させたときの周波数偏移を示す。図25に示す周波数偏移は、図22に示す周波数偏移とほぼ同じである。   FIG. 25 is a diagram showing a frequency shift spectrum when all the antenna elements of the array antenna 10 shown in FIG. 1 are combined. In FIG. 25, the vertical axis represents the phase difference (= frequency shift), and the horizontal axis represents the azimuth angle. FIG. 25 shows the frequency shift when the beam is rotated twice counterclockwise. The frequency shift shown in FIG. 25 is almost the same as the frequency shift shown in FIG.

上述したように、位相は、0〜360度の方位角において正から負に変化するので、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を到来波Sa1の到来方向と推定する。   As described above, since the phase changes from positive to negative at an azimuth angle of 0 to 360 degrees, the azimuth angle at which the frequency deviation becomes zero when the frequency deviation is switched from a positive value to a negative value. The arrival direction of the incoming wave Sa1 is estimated.

その結果、図25に示す結果から0度の方向が到来波Sa1の到来方向と推定された。   As a result, the direction of 0 degrees was estimated as the arrival direction of the incoming wave Sa1 from the result shown in FIG.

このように、給電素子(アンテナ素子7)と無給電素子(アンテナ素子1〜6)とからなるアレーアンテナ10において、アンテナ素子1〜7の全てを放射結合させることによって、到来波Sa1とFM波Sa2とが混在した受信信号Saを1本の給電素子(アンテナ素子7)によって検出しても、到来波Sa1の周波数(=200MHz)に対応する成分SS34を抑制し、周波数偏移(FM波Sa2)に対応する成分SS36〜SS40を大きくできる場合があり、到来波Sa1の到来方向を正確に推定できる。   In this way, in the array antenna 10 composed of the feeding element (antenna element 7) and the parasitic element (antenna elements 1 to 6), all of the antenna elements 1 to 7 are radiatively coupled, whereby the incoming wave Sa1 and the FM wave Even if the received signal Sa mixed with Sa2 is detected by one feeding element (antenna element 7), the component SS34 corresponding to the frequency (= 200 MHz) of the incoming wave Sa1 is suppressed, and the frequency shift (FM wave Sa2) is suppressed. ) Can be increased, and the arrival direction of the incoming wave Sa1 can be accurately estimated.

なお、アレーアンテナ10のアンテナ素子1〜7の全てを放射結合させて到来波Sa1の到来方向を推定する場合、次の2つの条件が必要である。   In order to estimate the arrival direction of the incoming wave Sa1 by radiating and coupling all the antenna elements 1 to 7 of the array antenna 10, the following two conditions are necessary.

(A)方位角が0度から360度へ変化したとき、位相の極大点および極小点は1個である。   (A) When the azimuth angle changes from 0 degrees to 360 degrees, there is one phase maximum and minimum.

(B)方位角が60度変化したときに、位相は、180度よりも小さい範囲で変化する。   (B) When the azimuth angle changes by 60 degrees, the phase changes in a range smaller than 180 degrees.

従って、上記の2つの条件(A),(B)を満たせば、バラクタダイオード11〜16のリアクタンスセットは、表3に示すリアクタンスセットXS21〜XS26に限られず、アンテナ素子1〜7の全てを放射結合させる他のリアクタンスセットであってもよい。   Therefore, if the above two conditions (A) and (B) are satisfied, the reactance set of the varactor diodes 11 to 16 is not limited to the reactance set XS21 to XS26 shown in Table 3, and all the antenna elements 1 to 7 are radiated. Other reactance sets may be combined.

[シミュレーション4]
図26は、図1に示すアレーアンテナ10が放射するビームの各方位角における方向ゲインを示す図である。図26において、縦軸は、方向ゲインを表し、横軸は、方位角を表す。また、曲線k6は、バラクタダイオード11〜16のリアクタンスセットを表4に示すリアクタンスセットXS31に設定したときにアレーアンテナ10が放射するビームの各方位角における方向ゲインを示す。
[Simulation 4]
26 is a diagram showing directional gains at respective azimuth angles of the beam radiated from the array antenna 10 shown in FIG. In FIG. 26, the vertical axis represents the direction gain, and the horizontal axis represents the azimuth angle. A curve k6 indicates the directional gain at each azimuth angle of the beam emitted from the array antenna 10 when the reactance set of the varactor diodes 11 to 16 is set to the reactance set XS31 shown in Table 4.

図26に示す結果から、バラクタダイオード11〜16のリアクタンスセットをリアクタンスセットXS31に設定した場合、アレーアンテナ10は、2つの方向に指向性を有するビームを放射する。   From the results shown in FIG. 26, when the reactance set of the varactor diodes 11 to 16 is set to the reactance set XS31, the array antenna 10 radiates a beam having directivity in two directions.

図27は、図1に示すアレーアンテナ10が放射するビームの位相特性図である。図27において、縦軸は、位相を表し、横軸は、方位角を表す。また、曲線k7は、バラクタダイオード11〜16のリアクタンスセットを表4に示すリアクタンスセットXS31に設定したときにアレーアンテナ10が放射するビームの位相特性を示す。   FIG. 27 is a phase characteristic diagram of a beam emitted from the array antenna 10 shown in FIG. In FIG. 27, the vertical axis represents the phase, and the horizontal axis represents the azimuth angle. A curve k7 indicates the phase characteristic of the beam radiated from the array antenna 10 when the reactance set of the varactor diodes 11 to 16 is set to the reactance set XS31 shown in Table 4.

図27に示す結果から、バラクタダイオード11〜16のリアクタンスセットをリアクタンスセットXS31に設定した場合、位相は、2つの極大点および2つの極小点を有する。   From the result shown in FIG. 27, when the reactance set of the varactor diodes 11 to 16 is set to the reactance set XS31, the phase has two maximum points and two minimum points.

図28は、表4に示すリアクタンスセットXS31〜XS36に従ってバラクタダイオード11〜16のリアクタンスセットを順次切換えたときの周波数偏移スペクトルを示す図である。   FIG. 28 is a diagram showing a frequency shift spectrum when the reactance sets of the varactor diodes 11 to 16 are sequentially switched according to the reactance sets XS31 to XS36 shown in Table 4.

図28において、縦軸は、位相差(=周波数偏移)を表し、横軸は、2つのビーム間の中央の方向、即ち、方位角=180度の方向を表す。また、到来波Sa1の真の到来方向は、0度の方向(図28において矢印で示す方向)であり、アレーアンテナ10が受信する受信信号Saの信号対ノイズ比(SNR)は無限大(∞)である。   In FIG. 28, the vertical axis represents the phase difference (= frequency shift), and the horizontal axis represents the central direction between the two beams, that is, the direction of the azimuth angle = 180 degrees. Further, the true arrival direction of the incoming wave Sa1 is a direction of 0 degrees (the direction indicated by the arrow in FIG. 28), and the signal-to-noise ratio (SNR) of the received signal Sa received by the array antenna 10 is infinite (∞ ).

図28に示す結果から、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる0度の方向が到来波Sa1の到来方向と推定された。   From the results shown in FIG. 28, it was estimated that the direction of 0 degree where the frequency shift becomes zero when the frequency shift is switched from a positive value to a negative value is the arrival direction of the incoming wave Sa1.

図29は、表4に示すリアクタンスセットXS31〜XS36に従ってバラクタダイオード11〜16のリアクタンスセットを順次切換えたときの他の周波数偏移スペクトルを示す図である。   FIG. 29 is a diagram showing another frequency shift spectrum when the reactance sets of the varactor diodes 11 to 16 are sequentially switched according to the reactance sets XS31 to XS36 shown in Table 4.

図29において、縦軸は、位相差(=周波数偏移)を表し、横軸は、2つのビーム間の中央の方向を表す。また、到来波Sa1の真の到来方向は、0度の方向(図29において矢印で示す方向)であり、アレーアンテナ10が受信する受信信号Saの信号対ノイズ比(SNR)は、20dBである。   In FIG. 29, the vertical axis represents the phase difference (= frequency shift), and the horizontal axis represents the central direction between the two beams. In addition, the true arrival direction of the incoming wave Sa1 is a 0 degree direction (the direction indicated by the arrow in FIG. 29), and the signal-to-noise ratio (SNR) of the received signal Sa received by the array antenna 10 is 20 dB. .

図29に示す結果から、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる0.2792度の方向および−0.9039度の方向が到来波Sa1の到来方向と推定された。   From the result shown in FIG. 29, the direction of 0.2792 degrees and the direction of -0.9039 degrees at which the frequency deviation becomes zero when the frequency deviation is switched from a positive value to a negative value are arrival of the incoming wave Sa1. Estimated direction.

このように、ノイズが大きくなると、推定された到来方向は、真の到来方向から若干ずれるが、数回の試行を平均化することによって到来波Sa1の到来方向を精度よく推定できる。   As described above, when the noise increases, the estimated arrival direction slightly deviates from the true arrival direction, but the arrival direction of the incoming wave Sa1 can be accurately estimated by averaging several trials.

図30は、表4に示すリアクタンスセットXS31〜XS36に従ってバラクタダイオード11〜16のリアクタンスセットを順次切換えたときの更に他の周波数偏移スペクトルを示す図である。   FIG. 30 is a diagram showing still another frequency shift spectrum when the reactance sets of the varactor diodes 11 to 16 are sequentially switched according to the reactance sets XS31 to XS36 shown in Table 4.

図30において、縦軸は、位相差(=周波数偏移)を表し、横軸は、2つのビーム間の中央の方向を表す。また、到来波Sa1の真の到来方向は、15度の方向(図30において矢印で示す方向)であり、アレーアンテナ10が受信する受信信号Saの信号対ノイズ比(SNR)は無限大(∞)である。   In FIG. 30, the vertical axis represents the phase difference (= frequency shift), and the horizontal axis represents the central direction between the two beams. The true arrival direction of the incoming wave Sa1 is a direction of 15 degrees (the direction indicated by the arrow in FIG. 30), and the signal-to-noise ratio (SNR) of the received signal Sa received by the array antenna 10 is infinite (∞ ).

図30に示す結果から、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる14.9628度の方向が到来波Sa1の到来方向と推定された。   From the result shown in FIG. 30, it was estimated that the direction of 14.9628 degrees at which the frequency shift becomes zero when the frequency shift is switched from a positive value to a negative value is the arrival direction of the incoming wave Sa1.

このように、表4に示すリアクタンステーブルXTB3に従ってバラクタダイオード11〜16のリアクタンスセットを順次切換えることにより、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる角度を到来波Sa1の到来方向と推定することができる。   Thus, by sequentially switching the reactance set of the varactor diodes 11 to 16 according to the reactance table XTB3 shown in Table 4, the angle at which the frequency shift becomes zero when the frequency shift is switched from a positive value to a negative value. Can be estimated as the arrival direction of the incoming wave Sa1.

上述したように、2つのピークを有するビームを用いても到来波Sa1の到来方向を正確に推定できる。   As described above, the arrival direction of the incoming wave Sa1 can be accurately estimated even using a beam having two peaks.

なお、上記においては、アンテナ素子1〜6のうち、1本のアンテナ素子がアンテナ素子7と放射結合する場合、およびアンテナ素子1〜6の全てがアンテナ素子7と放射結合する場合について説明したが、この発明は、これに限らず、アンテナ素子1〜6のうち、2本のアンテナ素子、3本のアンテナ素子、4本のアンテナ素子および5本のアンテナ素子がアンテナ素子7と放射結合してもよい。つまり、6本の無給電素子(アンテナ素子1〜6)の一部の無給電素子が給電素子(アンテナ素子7)と放射結合するようにしてもよい。   In the above description, the case where one of the antenna elements 1 to 6 is radiatively coupled to the antenna element 7 and the case where all of the antenna elements 1 to 6 are radiatively coupled to the antenna element 7 have been described. The present invention is not limited to this, and among the antenna elements 1 to 6, two antenna elements, three antenna elements, four antenna elements, and five antenna elements are radiatively coupled to the antenna element 7. Also good. That is, some parasitic elements of the six parasitic elements (antenna elements 1 to 6) may be radiatively coupled to the feeding element (antenna element 7).

そして、給電素子(アンテナ素子7)と放射結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6)の本数の制御は、バラクタダイオード11〜16のリアクタンスセットを制御することにより行なわれる。例えば、給電素子(アンテナ素子7)と放射結合する無給電素子の本数を2本とする場合、給電素子と放射結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6のうちの2本のアンテナ素子)に装荷されたバラクタダイオードのリアクタンスは、相対的に小さく設定され、給電素子と放射結合しない無給電素子に装荷されたバラクタダイオードのリアクタンスは、相対的に大きく設定される。給電素子と放射結合する無給電素子の本数が2本以外の場合も同様である。   The number of parasitic elements (antenna elements 1 to 6) that are radiatively coupled to the feed element (antenna element 7) is controlled by controlling the reactance set of the varactor diodes 11 to 16. For example, when the number of parasitic elements that are radiatively coupled to the feed element (antenna element 7) is two, the parasitic elements that are radiatively coupled to the feed element (two antenna elements among the antenna elements 1 to 6) are used. The reactance of the loaded varactor diode is set to be relatively small, and the reactance of the varactor diode loaded to the parasitic element that is not radiatively coupled to the feeding element is set to be relatively large. The same applies to the case where the number of parasitic elements that are radiatively coupled to the feeder elements is other than two.

給電素子と放射結合する無給電素子の本数が増加した場合、給電素子と強く放射結合する無給電素子と、給電素子と弱く放射結合する無給電素子とが存在する。そして、到来波Sa1の到来方向を推定するときは、給電素子と強く放射結合する無給電素子が給電素子の周囲を所定の速度<v>で回転するように給電素子と無給電素子との放射結合が切換えられる。   When the number of parasitic elements that are radiatively coupled to the feeder elements increases, there are parasitic elements that are strongly radiatively coupled to the feeder elements, and parasitic elements that are weakly radiatively coupled to the feeder elements. When estimating the arrival direction of the incoming wave Sa1, the radiation of the feed element and the parasitic element is such that the parasitic element that is strongly radiatively coupled to the feed element rotates around the feed element at a predetermined speed <v>. The coupling is switched.

また、上記においては、無給電素子であるアンテナ素子1〜6には、可変容量素子であるバラクタダイオード11〜16が装荷され、バラクタダイオード11〜16のリアクタンスを変えることにより、アンテナ素子7(給電素子)と放射結合する無給電素子(アンテナ素子1〜6の少なくとも1つのアンテナ素子)を順次切換えると説明したが、この発明においては、これに限らず、バラクタダイオード11〜16に代えて抵抗をアンテナ素子1〜6と接地ノードとの間に接続し、アンテナ素子1〜6の抵抗を変えてアンテナ素子7(給電素子)と結合する無給電素子を順次切換えるようにしてもよい。   In the above description, the varactor diodes 11 to 16 that are variable capacitance elements are loaded on the antenna elements 1 to 6 that are parasitic elements, and the reactance of the varactor diodes 11 to 16 is changed to thereby change the antenna element 7 (feeding power). The parasitic element (at least one of the antenna elements 1 to 6) that is radiatively coupled to the element) is sequentially switched. However, in the present invention, the resistance is not limited to this and instead of the varactor diodes 11 to 16. A parasitic element connected between the antenna elements 1 to 6 and the ground node and changing the resistance of the antenna elements 1 to 6 and coupled to the antenna element 7 (feeding element) may be sequentially switched.

即ち、この発明においては、一般に、アンテナ素子1〜6と接地ノードとの間にインピーダンス素子を接続し、アンテナ素子1〜6のインピーダンスを変えてアンテナ素子7(給電素子)と結合する無給電素子を順次切換えるようにしてもよい。   That is, in the present invention, a parasitic element is generally connected to the antenna element 7 (feeding element) by connecting an impedance element between the antenna elements 1 to 6 and the ground node and changing the impedance of the antenna elements 1 to 6. May be switched sequentially.

更に、上記においては、無給電素子(アンテナ素子1〜6)の数は、6本であると説明したが、この発明においては、これに限らず、無給電素子の数は、2本以上であればよい。無給電素子が2本あれば、給電素子を中心にして2本の無給電素子を対称に配置し、無給電素子に装荷された2個のバラクタダイオードの容量を変えることにより、給電素子に放射結合する無給電素子を給電素子を中心にして一定の方向に回転できるので、ドップラー効果による周波数偏移を検出し、上述した方法によって到来波の到来方向を推定できるからである。   Furthermore, in the above description, the number of parasitic elements (antenna elements 1 to 6) has been described as six. However, the present invention is not limited to this, and the number of parasitic elements is two or more. I just need it. If there are two parasitic elements, the two parasitic elements are arranged symmetrically with the feeding element as the center, and the capacitance of the two varactor diodes loaded on the parasitic elements is changed to radiate the feeding elements. This is because the parasitic element to be coupled can be rotated in a certain direction around the feeding element, so that the frequency shift due to the Doppler effect can be detected and the arrival direction of the incoming wave can be estimated by the method described above.

更に、上記においては、アンテナ素子1〜6の少なくとも1つのアンテナ素子とアンテナ素子7とを放射結合させて信号を受信する場合について説明したが、この発明においては、アレーアンテナ10は、アンテナ素子1〜6の少なくとも1つのアンテナ素子とアンテナ素子7とを放射結合させて信号を送信することもできる。そして、アレーアンテナ10が信号を送信する場合、アレーアンテナ10が信号を受信する場合に設定されたバラクタダイオード11〜16のリアクタンスセットがそのまま用いられる。つまり、アレーアンテナ10は、バラクタダイオード11〜16のリアクタンスセットを同じリアクタンスセットに設定して信号を送受信できる。   Further, in the above description, the case where at least one of the antenna elements 1 to 6 and the antenna element 7 are radiatively coupled to receive a signal has been described. However, in the present invention, the array antenna 10 includes the antenna element 1. It is also possible to transmit a signal by radiatively coupling at least one of the antenna elements 6 to 6 and the antenna element 7. When the array antenna 10 transmits a signal, the reactance set of the varactor diodes 11 to 16 set when the array antenna 10 receives the signal is used as it is. That is, the array antenna 10 can transmit and receive signals by setting the reactance set of the varactor diodes 11 to 16 to the same reactance set.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

この発明は、小型化、低コスト化が可能であり、信頼性および耐久性に優れるとともに、熟練技術による調整等が不要な到来方向推定装置に適用される。   The present invention can be reduced in size and cost, is excellent in reliability and durability, and is applied to a direction-of-arrival estimation apparatus that does not require adjustment or the like by skilled techniques.

この発明の実施の形態による到来方向推定装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the arrival direction estimation apparatus by embodiment of this invention. 図1に示すx−y平面におけるアンテナ素子の平面配置図である。FIG. 2 is a plan layout view of antenna elements in an xy plane shown in FIG. 1. 図1に示すアレーアンテナと送信機とを示す平面図である。It is a top view which shows the array antenna and transmitter which are shown in FIG. 図1に示すアレーアンテナに到来する到来波を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the incoming wave which arrives at the array antenna shown in FIG. 図1に示す周波数偏移検出手段における周波数偏移の検出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detection method of the frequency shift in the frequency shift detection means shown in FIG. 位相差と方位角との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a phase difference and an azimuth. 到来波の到来方向を推定する動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the operation | movement which estimates the arrival direction of an incoming wave. 図1に示すアレーアンテナの2つのアンテナ素子を結合させた場合のビームの位相特性図である。FIG. 2 is a phase characteristic diagram of a beam when two antenna elements of the array antenna shown in FIG. 1 are combined. 図1に示すアレーアンテナの2つのアンテナ素子を結合させた場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。It is a figure which shows the frequency dependence of a received power spectrum at the time of combining two antenna elements of the array antenna shown in FIG. 図1に示すアレーアンテナの2つのアンテナ素子を結合させた場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the frequency shift spectrum at the time of combining two antenna elements of the array antenna shown in FIG. 2つのアンテナ素子からなる2素子アレーアンテナにおけるビームの位相特性図である。It is a phase characteristic figure of the beam in the 2 element array antenna which consists of two antenna elements. 2つのアンテナ素子からなる2素子アレーアンテナにおける受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。It is a figure which shows the frequency dependence of the received power spectrum in the 2 element array antenna which consists of two antenna elements. 2つのアンテナ素子からなる2素子アレーアンテナにおける周波数偏移スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the frequency shift spectrum in the 2 element array antenna which consists of two antenna elements. 図1に示すアレーアンテナにおける給電素子と無給電素子との間隔をシミュレーション1の場合よりも広くした場合のビームの位相特性図である。FIG. 5 is a phase characteristic diagram of a beam when the distance between the feeding element and the parasitic element in the array antenna shown in FIG. 図1に示すアレーアンテナにおける給電素子と無給電素子との間隔をシミュレーション1の場合よりも広くした場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。It is a figure which shows the frequency dependence of the received power spectrum at the time of making the space | interval of a feed element and a parasitic element in the array antenna shown in FIG. 図1に示すアレーアンテナにおける給電素子と無給電素子との間隔をシミュレーション1の場合よりも広くした場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the frequency shift spectrum at the time of making the space | interval of a feed element and a parasitic element in the array antenna shown in FIG. 到来波の周波数成分を除去した場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。It is a figure which shows the frequency dependence of a received power spectrum at the time of removing the frequency component of an incoming wave. 到来波の周波数成分を除去した場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the frequency shift spectrum at the time of removing the frequency component of an incoming wave. 素子間結合がないアンテナを用いた場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。It is a figure which shows the frequency dependence of a received power spectrum at the time of using the antenna without interelement coupling. 素子間結合がないアンテナを用いた場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。It is a figure which shows a frequency shift spectrum at the time of using the antenna without interelement coupling. 素子間結合がないアンテナにおいてアンテナ素子の間隔を広くした場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。It is a figure which shows the frequency dependence of a received power spectrum at the time of widening the space | interval of an antenna element in the antenna without interelement coupling. 素子間結合がないアンテナにおいてアンテナ素子の間隔を広くした場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the frequency shift spectrum at the time of widening the space | interval of an antenna element in the antenna without interelement coupling. 図1に示すアレーアンテナの全てのアンテナ素子を結合させた場合のビームの位相特性図である。FIG. 2 is a phase characteristic diagram of a beam when all antenna elements of the array antenna shown in FIG. 1 are coupled. 図1に示すアレーアンテナの全てのアンテナ素子を結合させた場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。It is a figure which shows the frequency dependence of a received power spectrum at the time of combining all the antenna elements of the array antenna shown in FIG. 図1に示すアレーアンテナの全てのアンテナ素子を結合させた場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the frequency shift spectrum at the time of combining all the antenna elements of the array antenna shown in FIG. 図1に示すアレーアンテナが放射するビームの各方位角における方向ゲインを示す図である。It is a figure which shows the direction gain in each azimuth angle of the beam which the array antenna shown in FIG. 1 radiates | emits. 図1に示すアレーアンテナが放射するビームの位相特性図である。FIG. 2 is a phase characteristic diagram of a beam emitted from the array antenna shown in FIG. 1. 表4に示すリアクタンスセットに従ってバラクタダイオードのリアクタンスセットを順次切換えたときの周波数偏移スペクトルを示す図である。It is a figure which shows a frequency shift spectrum when the reactance set of a varactor diode is switched sequentially according to the reactance set shown in Table 4. 表4に示すリアクタンスセットに従ってバラクタダイオードのリアクタンスセットを順次切換えたときの他の周波数偏移スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the other frequency shift spectrum when the reactance set of a varactor diode is switched sequentially according to the reactance set shown in Table 4. 表4に示すリアクタンスセットに従ってバラクタダイオードのリアクタンスセットを順次切換えたときの更に他の周波数偏移スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the other frequency shift spectrum when the reactance set of a varactor diode is sequentially switched according to the reactance set shown in Table 4. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1〜7,61〜67、71〜77 アンテナ素子、8,68,78 接地板、10,60 アレーアンテナ、20 結合切換手段、21 パルス発生器、22 リアクタンス値テーブル、23 可変リアクタンス制御装置、30 増幅器、40 周波数偏移検出手段、50 方向推定手段、70 アンテナ、100 到来方向推定装置。   1 to 7, 61 to 67, 71 to 77 Antenna element, 8, 68, 78 Ground plate, 10, 60 array antenna, 20 coupling switching means, 21 pulse generator, 22 reactance value table, 23 variable reactance control device, 30 Amplifier, 40 Frequency shift detection means, 50 direction estimation means, 70 antenna, 100 arrival direction estimation device.

Claims (8)

給電素子と、前記給電素子の周囲に配置されたn(nは複数)個の無給電素子とを含むアレーアンテナと、
前記n個の無給電素子に装荷されたn個のインピーダンス素子の少なくとも1つのインピーダンスを変えて前記給電素子と素子結合する無給電素子を切換える結合切換手段と、
前記給電素子と素子結合する無給電素子が前記給電素子の周囲を回転するように所定の速度で順次切換えられたときに前記アレーアンテナが受信する到来波の受信信号を前記給電素子から受け、その受けた受信信号に基づいて前記到来波の周波数偏移スペクトルを検出する周波数偏移検出手段と、
前記周波数偏移検出手段により検出された前記周波数偏移スペクトルが、周波数偏移がゼロであることを示す基準線と交差する角度を検出し、その検出した角度を前記到来波の到来方向と推定する方向推定手段とを備える到来方向推定装置。
An array antenna including a feeding element and n (n is a plurality) parasitic elements arranged around the feeding element;
Coupling switching means for switching a parasitic element to be coupled with the feeding element by changing at least one impedance of the n impedance elements loaded on the n parasitic elements;
When a parasitic element that is coupled to the feeder element is sequentially switched at a predetermined speed so as to rotate around the feeder element, an incoming signal received by the array antenna is received from the feeder element. A frequency shift detecting means for detecting a frequency shift spectrum of the incoming wave based on the received signal;
The frequency shift spectrum detected by the frequency shift detector detects an angle that intersects a reference line indicating that the frequency shift is zero, and estimates the detected angle as the arrival direction of the incoming wave. A direction-of-arrival estimation device comprising:
前記方向推定手段は、前記周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに前記周波数偏移スペクトルが前記基準線と交差する角度を検出し、その検出した角度を前記到来波の到来方向と推定する、請求項1に記載の到来方向推定装置。   The direction estimating means detects an angle at which the frequency shift spectrum intersects the reference line when the frequency shift is switched from a positive value to a negative value, and the detected angle is used as the arrival of the incoming wave. The direction-of-arrival estimation apparatus according to claim 1, wherein the direction-of-arrival estimation apparatus estimates the direction. 前記方向推定手段は、前記周波数偏移が負の値から正の値に切換わるときに前記周波数偏移スペクトルが前記基準線と交差する角度を検出し、その検出した角度を前記到来波の到来方向と推定する、請求項1に記載の到来方向推定装置。   The direction estimating means detects an angle at which the frequency shift spectrum intersects the reference line when the frequency shift is switched from a negative value to a positive value, and the detected angle is used as the arrival of the incoming wave. The direction-of-arrival estimation apparatus according to claim 1, wherein the direction-of-arrival estimation apparatus estimates the direction. 前記結合切換手段は、前記n個の無給電素子の全てが前記給電素子と素子結合し、かつ、前記給電素子と主に素子結合する無給電素子が前記給電素子の周囲を前記所定の速度で回転するように前記給電素子と前記n個の無給電素子との素子結合を切換える、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の到来方向推定装置。   The coupling switching unit is configured such that all of the n parasitic elements are element-coupled to the feeder element, and a parasitic element mainly coupled to the feeder element is around the feeder element at the predetermined speed. The direction-of-arrival estimation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein element coupling between the feeding element and the n parasitic elements is switched so as to rotate. 前記結合切換手段は、前記n個の無給電素子のうち一部の無給電素子が前記給電素子と素子結合し、かつ、前記給電素子と素子結合する無給電素子が前記給電素子の周囲を前記所定の速度で回転するように前記給電素子と前記n個の無給電素子との素子結合を切換える、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の到来方向推定装置。   The coupling switching unit is configured such that some of the n parasitic elements are coupled to the feeder element, and the parasitic element coupled to the feeder element is disposed around the feeder element. The arrival direction estimation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein element coupling between the feeding element and the n parasitic elements is switched so as to rotate at a predetermined speed. 前記受信信号から前記到来波の中心周波数成分を抑圧し、前記到来波の中心周波数成分が抑圧された受信信号を前記周波数偏移検出手段へ出力する帯域阻止フィルタを更に備え、
前記給電素子と前記無給電素子との間隔は、前記到来波の中心周波数成分を抑圧する間隔に設定され、
前記周波数偏移検出手段は、前記帯域阻止フィルタから出力された受信信号に基づいて、前記周波数偏移スペクトルを検出する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の到来方向推定装置。
A band rejection filter that suppresses the center frequency component of the incoming wave from the received signal and outputs the received signal in which the center frequency component of the incoming wave is suppressed to the frequency shift detecting means;
The interval between the feeding element and the parasitic element is set to an interval for suppressing the center frequency component of the incoming wave,
The arrival direction estimation apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the frequency shift detection unit detects the frequency shift spectrum based on a reception signal output from the band rejection filter. .
前記n個の無給電素子は、前記給電素子の周囲に略円形に配置される、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の到来方向推定装置。   The arrival direction estimation apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the n parasitic elements are arranged in a substantially circular shape around the feeder elements. 前記インピーダンス素子は、可変容量素子である、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の到来方向推定装置。   The arrival direction estimation apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the impedance element is a variable capacitance element.
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JP2010154489A (en) * 2008-11-26 2010-07-08 Kyocera Corp Array antenna
WO2014119142A1 (en) * 2013-01-31 2014-08-07 Nec Corporation Communication system

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